深槽式笼型转子无刷双馈电机的仿真分析
笼型无刷双馈电机转子的优化设计与有限元分析
无 刷双 馈 电机 需 要 在 同一 铁 心 中产 生 两 种 不 同极对 数 的 磁 场 ，可 采 用 彼 此 绝 缘 的 两 套 绕 组 ， 也 可通 过 单 绕 组 的不 同 抽 头 连 接 来 实 现 ；对 于 双 绕 组方 案 ，两 套 绕 组 相 互 独 立 ，可 以通 过 对 绕 组 系数 的选 择 有 效 地 生 成 所 需 的磁 场 ，设 计 中有 较
３ 转 子 结构 的优 化 设 计 及 有 限元 分 析
为 了实 现笼 型无 刷 双 馈 电 机 转子 的调 制 作用 ，
２５ ．
２
转子的结构设计就应该使转子磁势 中有用的 。 和 ２ Ｐ 次谐波分量得 以提升 ，其他次谐波加 以抑制。
从 电机设计 的观点来 看 ，一 些 实用 的 Ｐ 和 Ｐ 组 合 。
维普资讯
微电机
２０ ０ ７年
第４ ｏ卷
第１ （ 期 总第 １７期 ） ５
中图分类号 ：Ｔ ３ ２ Ｍ６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ －８８ ２０ ）１ ）２ －２ Ｏ １ ４ （０ ７ ０ ４ ００ ６ ０
笼 型 无 刷 双馈 电机 转 子 的优 化 设 计 与 有 限元分 析
重视 。
由式 （ ） １ 可知 ，电机作 电动机 运 行 时 ，可通 过 调 节控制 绕 组 的 供 电频 率 来 调节 转 速 ；作 发 电机 运行 时 ，在不 同机 械 转速 ｒ ／ 通 过调 节 控 制绕 组 ， 下
的供 电频率 ，可保证定子功率绕组输 出恒定工频 的交流 电能 ，即实 现 了交流励 磁变 速恒 频发 电 。
为 了耦合 由定 子 绕 组 产 生 的 不 同 气 隙旋 转 磁
笼形转子无刷双馈电机启动特性分析
中图分类号 ： Ｍ ０ ． Ｔ ３ １３ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ４ Ｘ（０ ８ ０ — ５ ５ ０ ０ ７ ４ ９ ２ ０ ） ５ ０４ — ５
《笼型转子无刷双馈电机控制方法的研究》
《笼型转子无刷双馈电机控制方法的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，电机驱动系统在各个领域的应用越来越广泛。
笼型转子无刷双馈电机（Doubly Fed Induction Motor，简称DFIM）作为一种新型的电机驱动技术，具有结构简单、高效率、高可靠性等优点，在风力发电、电动汽车等领域有重要的应用价值。
因此，研究笼型转子无刷双馈电机的控制方法具有重要意义。
本文将围绕这一主题展开讨论，为进一步优化电机的性能提供理论支持。
二、笼型转子无刷双馈电机的基本原理笼型转子无刷双馈电机是一种特殊的感应电机，其转子采用笼型结构，定子则具有两套绕组，即主绕组和次级绕组。
这种结构使得电机在运行时可以实现能量的双向流动，从而提高了电机的灵活性和效率。
三、控制方法的研究1. 控制策略的选择针对笼型转子无刷双馈电机的控制，目前主要有矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制等策略。
其中，矢量控制通过精确控制电机的磁场来达到控制电机的目的；直接转矩控制则通过直接控制电机的转矩来达到调速的目的；模型预测控制则根据电机的数学模型进行预测，然后选择最优的控制策略。
2. 控制算法的研究在控制算法方面，研究人员主要关注算法的稳定性和准确性。
为了解决电机在运行过程中可能出现的振荡和失稳问题，研究者提出了多种改进算法，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法能够根据电机的实际运行状态进行实时调整，从而提高电机的稳定性和准确性。
3. 控制系统的设计控制系统的设计是笼型转子无刷双馈电机控制方法研究的关键环节。
设计时需要考虑电机的数学模型、控制策略、传感器配置等因素。
此外，还需要考虑系统的实时性、可靠性和可维护性。
为了实现电机的精确控制，需要采用高性能的微处理器和先进的控制芯片。
四、实验验证与结果分析为了验证所提出的控制方法的有效性，研究人员进行了大量的实验。
实验结果表明，采用先进的控制策略和算法可以有效提高电机的性能，降低能耗，提高系统的稳定性。
交错双笼转子无刷双馈风力发电机的设计与分析
交错双笼转子无刷双馈风力发电机的设计与分析
首先，交错双笼转子是指在转子上设置两个交错的笼型导体。
这种结
构可以增加转子的导磁面积，提高了发电机的转换效率。
同时，交错双笼
转子可以减小转子滞后转矩和电动励磁矩，提高了发电机的运行稳定性。
其次，无刷双馈技术是指在发电机转子上设置两个无刷交流发电机。
这两个发电机可以通过转子上的双馈定子和转子绕组进行电磁耦合，并且
可以进行独立调节。
这种无刷双馈技术可以使发电机在变风速和变负载情
况下保持较高的发电效率。
在交错双笼转子无刷双馈风力发电机的设计中，需要考虑转子和定子
的几何参数、导体材料的选择以及发电机的电磁参数。
转子的几何参数包
括导体数量、导体截面积和导体间距等。
这些参数直接影响了发电机的输
出功率和转换效率。
在选择导体材料时，需要考虑导体的电导率和磁导率，以及材料的成本和可靠性等因素。
此外，发电机的电磁参数包括电感和电
阻等。
这些参数决定了发电机的电磁特性和输出电压。
在交错双笼转子无刷双馈风力发电机的分析中，需要进行电磁场和动
态响应的仿真计算。
通过仿真计算，可以得到发电机的转矩-转速特性、
电磁响应和转矩谱等信息。
这些信息可以用来评估发电机的性能和可靠性，并优化发电机的设计。
总之，交错双笼转子无刷双馈风力发电机是一种创新的设计，在提高
风力发电机转换效率和可靠性方面具有巨大潜力。
未来的研究中，还可以
进一步优化发电机的设计和分析方法，以进一步提高风力发电的利用效率。
笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等效电路
邓先明 等
笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等效电路
zr Ir rc1 jxc1 Uc fc (a)
21
折算前后电流的大小和时间相位不变，从而保证磁 动势不改变。根据该折算原则，本文将提出一种新 的频率折算方法来进行等效转换。下面具体分析转 子电量的频率折算至 fp 的方法和原理。 图 4a 是转子的实际电路。 由它可以得出转子的 实际电流为
收稿日期 2004 - 04 - 02
改稿日期 2005 - 03 - 18
20
电 工 技 术 学 报
2005 年 9 月
3
可逆 变频器 控制频率 fc
无刷双馈电机等效电路模型的建立
电压方程与实际电路 由图 2 的电磁关系，可以得出定子功率绕组、
3.1
控制绕组 极对数pc
控制绕组和转子每相的电压平衡方程。 定子功率绕组的电压平衡方程为 U p1 = I p1rp1 + jI p1x p1 − E p1 定子控制绕组的电压平衡方程为 U c1 = I c1rc1 + jI c1x c1 − E c1 转子电压平衡方程为 0 = I r rr + jI r x r − E pr − E cr 馈电机的实际电路，如图 3 。
Ip1 rp1 fp jxp1
U V W
工频 fp 功率绕组 极对数pp
（ 1） （ 2） （ 3）
图1 Figure.1
无刷双馈电机的结构
Structure of the brushless doubly-fed machine
根据式（ 1 ） 、式（ 2） 、式（ 3 ）可以得到无刷双
当定子功率绕组和控制绕组分别接通频率为 fp 和 fc 的三相对称交流电压时，在电机的磁路中建立 两个旋转的磁动势，从而产生相应的旋转磁场。转 子导体分别切割与功率绕组和控制绕组相对应的气 隙磁场，感应出同频率的相电势 Epr 和 Ecr ，它们分 别产生对称电流 I pr 和 Icr 。电流通过转子对称绕组 会产生两个空间旋转磁动势 Fpr 和 Fcr ，分别与定子 磁动势 Fp1 和 Fc1 相平衡。其中， Fpr 是与功率绕组 对应的转子磁动势，它由两部分磁动势合成：其一 其二为转子控 为转子功率电流 I pr 产生的 Fprp 部分； 经过转子特殊结构转换为 pp 对极的电流 制电流 I cr， I crp，产生的 Fcrp 部分。 Fcr 是与控制绕组对应的转 子磁动势，它也由两部分类似的磁动势合成。 电机负载运行时的基本电磁关系如图 2，下标 p 表示与功率绕组相关的物理量，下标 c 表示与控制绕 组相关的物理量。从图 2 可以清楚知道，定子绕组施 加对称电压后，产生对称电流，在空间建立旋转的磁 动势，在磁路中产生磁场，从而在绕组中感应电势。
无刷双馈电机动态特性的仿真研究精灵论文
无刷双馈电机动态特性的仿真研究精灵论文无刷双馈电机动态特性的仿真研究王峰，刘毅，徐世周(中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008) 摘要:本文分析了无刷双馈电机的结构特点与运行原理;基于转子参考轴 d-q 模型，研究推导出无刷双馈电机的数学模型;在 Matlab/Simulink 仿真集成环境下，完成无刷双馈电机在各种运行模式下的动态仿真研究。
计算机仿真结果验证了无刷双馈电机的运行机理与动态特性。
关键词:无刷双馈电机;仿真;Matlab;d-q 模型中图分类号:TP301Dynamic Simulation of Brushless Doubly-Fed MachineWang Feng, Liu Yi, Xu Shizhou(School of Information and Electrical Engineering,CUMT, JiangSu XuZhou 221008)Abstract: This paper analyses the structure characteristics and operation principle of BDFM (brushlessdoubly-fed machine), and also deduces the mathematical model for BDFM based on synchronouscoordinates in the point of rotor speed d-q model. In the integrated Matlab/Simulink environment thepaper makes dynamic simulation research in variable operation models. Computer simulation resultstestify the operation principle and performance of BDFM.Keywords:BDFM; Simulation; Matlab; d-q model0 引言随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频调速在交流电机传动领域应用越来越广泛。
无刷双馈电机的建模与仿真
无刷双馈电机的建模与仿真靳雷,陆晓强（河南质量工程职业学院,河南平顶山467001）摘要：无刷双馈电机（BDFM ）作为一种新型电机,兼有绕线式转子异步电机和同步电机的优良特性,尤其适合于变速恒频发电领域,通过分析无刷双馈电机的结构及工作原理,建立了基于转子速坐标系的d-q 轴无刷双馈电机数学模型,根据所得的数学模型,对无刷双馈电机的各种运行方式进行了仿真分析,采用M ATLAB/Simulink 进行了计算机仿真研究,得出了各种运行方式下的仿真波形,仿真结果验证了数学模型的正确性和可行性,并得到了一些有益的结论.关键词：无刷双馈电机；转子速；数学模型；仿真中图分类号：TM 301.2文献标志码：A 文章编号：1008-7516（2011）04-0083-05Modeling and simulation of brushless doubly fed machineJin Lei,Lu Xiaoqiang（Henan Quality Polytechnic,Pingdingshan 467001,China ）Abstract:As a new motor,brushless doubly-fed machine （BDFM ）has the excellent performances which include wound rotor induction motor and synchronous motor.It especially suits in the variable speed constant frequency power generation area.This paper briefly introduces the structure and working principle of brushless doubly fed machine.By analyzing the structure and working principle of BDFM,mathematical model based on the rotor speed d-q coordinate has been ing the mathematical model,MATLAB/Simulink has been used to conduct the computer simulation research for the motor running status.The simulation waveforms under various operating mode have been obtained.The simulation results have confirmed the mathematical model's accuracy and some beneficial conclusions have been obtained.Key words:brushless doubly fed machine （BDFM ）,rotor speed,mathematical model,simulatio无刷双馈电机（BDFM ）作为一种新型电机,它与一般电机相比,在运行时要求容量较小的变频器,降低了系统成本,它既可运行于亚同步速也可以运行在超同步速,同时电机本身没有滑环和电刷,既降低了电机的成本,又提高了系统运行的可靠性,比较适合于变速恒频恒压发电领域,特别适用于风力发电、水力发电等可再能源的开发、利用[1-2].1无刷双馈电机的结构及原理1.1无刷双馈电机的基本结构无刷双馈电机的定子上装有两套不同极数的三相对称绕组,一套接至工频电源称为功率绕组（主绕组）；一套接至变频电源称为控制绕组（副绕组）[3].无刷双馈电机结构原理图如图1所示.doi:10.3969/j.issn.1008-7516.2011.04.020第39卷第4期394Vol.No.河南科技学院学报Journal of Henan Institute of Science and Technology 2011年8月2011Aug.收稿日期：2011-05-23作者简介：靳雷（1974-）,男,河南扶沟人,硕士,讲师.主要从事自动控制技术教学与应用研究.P p+P c P c 图1无刷双馈电机结构原理1.2“极调制”原理对无刷双馈电机来说,当功率绕组接入工频（频率为）电源、控制绕组接入变频（频率为）电源后,由于两套定子绕组同时有电流流过,因此在气隙中产生两个不同极对数的旋转磁场,这两个磁场通过转子的调制发生交叉耦合,在转子中产生相同极对数和转速的旋转磁场,从而使两个原本不会发生直接磁耦合的定子磁场通过转子的中介发生了磁耦合,使能量在两不同极对数、不同旋转速度的定子磁场以及转子磁场之间发生传递转换.转子的这种“中介”作用被称为“极调制”机理[4].根据“极调制”原理可知,电机稳定运行时,定子功率绕组和控制绕组在转子绕组中感应的电流频率应相等,因此,转子运行频率为：（1）所以,转子机械转速n r 为：（2）式（2）中的“±”号取决于定子两套绕组的相对相序.当功率绕组电源和控制绕组电源相序相反时取“+”号,反之取“-”.当f c 时的转速称为自然同步速.f c 前取负号的速度,称为亚同步速,反之称为超同步速.由式（2）可以看出,无刷双馈电机作电动机运行时,可通过调节控制绕组的供电频率f c 来调节转子转速,作发电机运行时,在不同机械转速下调节控制绕组的供电频率,可保证定子功率绕组输出恒定频率的交流电能,即实现了变速恒频发电[5].2无刷双馈电机的转子速d-q 模型对无刷双馈电机来说,两个子系统通过转子绕组发生耦合,在转子绕组上建立一个合适的坐标系统将给无刷双馈电机的数学模型的建立和分析带来方便,这样转子速d-q 坐标轴将是最好的选择.假定转子以逆时针方向旋转,由于无刷双馈电机两个子系统中旋转磁场的转向一般不同,为了得到一个统一的转子速d-q 坐标系,在磁场逆时针方向旋转的子系统中,选q 轴与转子第一相绕组的轴线重合,d 轴在旋转方向上落后90°；在磁场顺时针方向旋转的子系统中,q 轴仍与转子第一相绕组的轴线重合,d 轴在旋转方向上超前90°.由于这两个坐标系以同一个转子速度旋转,这两个d-q 轴坐标系可合并为同一个转子速d-q 轴坐标系[6].利用坐标变换理论,并考虑到BDFM 转子采用鼠笼式结构,这样,就得到无刷双馈电机在转子速d-q 坐标系下,以定转子绕组的电流作为状态变量的电压矩阵方程为：ÁÂÃÁÂf f f p p ÁÂÃÁÂ60()f f n p p −2011年河南科技学院学报（自然科学版）式（3）中,r p 、L sp 、M pr 和r c 、L sc 、M cr 分别为功率绕组和控制绕组的电阻、自感和绕组与转子之间的互感；r r 、L r 、分别为转子的电阻、自感和机械角速度；u qp 、u dp 、u qc 、u dc 、i qp 、i dp 、i qc 、i dc 、i qr 、i dr 为电压和电流瞬时值,下标“p ”表示功率绕组,“c ”表示控制绕组,“r ”表示转子,“q ”表示q 轴分量,“d ”表示d 轴分量.电磁转矩方程式如下：（4）机械运动方程如下：（5）式（4）、式（5）中T e 、T ep 、T ec 分别为电磁总转矩、功率绕组产生的转矩和控制绕组产生的电磁转矩,J 、K d 分别为转子机械惯量、转动阻尼系数,T L 为负载转矩.式（3）、式（4）和式（5）就构成了无刷双馈电机在转子速d-q 轴坐标系上的数学模型.3无刷双馈电机的运行仿真采用MATLAB/Simulink 对系统进行仿真研究,仿真所用到的无刷双馈电机模型电机参数为：p p =3,L sp =71.38mH,M p =69.31mH,r p =0.435Ω,p c =1,L sc =65.33mH,M c =60.21mH,r c =0.435Ω,L r =142.8mH,r r =1.63Ω,J =0.03kg·m 2,K d =0.利用无刷双馈电机在转子速d-q 轴坐标系上的数学模型,建立了如图2所示的动态仿真系统模型,它是由多个封装模块（子系统）构成[7].图2BDFM 仿真系统结构以BDFM 封装模块为例,包括6个电压方程和1个转矩方程的封装模块,如图3所示.其中,以Uqp 的封装模块为例,它的构成如图4所示.（3）Á?e ep ec p pr qp dr dp qr c cr qc dr dc qr ()()T T T p M i i i i p M i i i i ??????ÁÂÃÄÁd 1()d T T K t J?−??靳雷等：无刷双馈电机的建模与仿真第4期图3BDFM 封装模型图4BDFM 封装模型（局部）3.1单馈异步运行仿真无刷双馈电机运行在异步模式时,功率绕组星形连接,接380V 、50Hz 工频电源,控制绕组出线端abc 直接短路,即u qc =u dc =0,波形图如图5所示（其中图a 为转速波形,图b 为电磁转矩波形）.开始时,电机空载启动,经过一定时间的震荡后,电机转速稳定在自然同步速750r/min,在1s 时电机突加10Nm 的负载,则电机转速略有下降,稳定后转速大约为710r/min,这体现了无刷双馈电机作为异步电机的特性,与理论值相符.（a ）转速波形（b ）电磁转矩波形图5单馈异步运行动态特性3.2同步运行特性仿真2s 时控制控制绕组突加两并一串（U a =U b =10V,U c =-5V ）的直流励磁电源,则无刷双馈电机牵入同步运行,稳定后电机转速达到自然同步转速750r/min,与式（2）相符.若改变控制绕组直流电压的大小,过渡过程改变,但稳定转速不变.波形图如图6所示（其中图a 为转速波形,图b 为电磁转矩波形）.3s 时负载转矩由10Nm 突增到20Nm,稳定后,无刷双馈电机仍然可以维持同步速运行,也就是说,负载转矩在稳定允许的范围内改变时,对转速没有影响,此时无刷双馈电机显示出同步电机的特性.波形图如图7所示（其中图a 为转速波形,图b 为电磁转矩波形）.（a ）转速波形（b ）电磁转矩波形图6单馈运行状态过渡到同步运行状态的动态特性2011年河南科技学院学报（自然科学版）（a ）转速波形（b ）电磁转矩波形图7同步运行状态负载突变的动态特性3.3双馈运行特性仿真4s 时控制绕组突加同相序三相电压（100V,10Hz ）时,无刷双馈电机由同步运行状态过渡到“超同步”双馈运行状态,稳态转速从750r/min 变为900r/min,无刷双馈电机由空载同步运行状态过渡到“超同步”双馈运行状态,波形图如图8所示（其中图a 为转速波形,图b 为电磁转矩波形）.5s 控制绕组频率突然变为反相序三相电压（100V,10Hz ）时,稳态转速从900r/min 变为600r/min,无刷双馈电机由超同步双馈运行状态过渡到“亚同步”双馈运行状态,波形图如图9所示（其中图a 为转速波形,图b 为电磁转矩波形）.在理论上均与式（2）相符.（a ）转速波形（b ）电磁转矩波形图8同步运行状态过渡到超同步双馈运行状态时的动态特性（a ）转速波形（b ）电磁转矩波形图9超同步双馈运行过渡到亚同步双馈运行的动态特性4结语本文借助电机的坐标变换理论,推导出无刷双馈电机的转子速d-q 数学模型,对无刷双馈电机几种运行方式进行了M ATLAB 仿真研究,仿真结果表明了该模型的正确性,同时也说明无刷双馈电机可实现电机的软起动、异步、同步和双馈等多种运行方式,另外,仿真模型的构建为以后对无刷双馈电机更深入的研究奠定了基础.（下转93页）靳雷等：无刷双馈电机的建模与仿真第4期武艳等：发电机参数聚合及其动态仿真第4期5结论将连续域的变量区域进行网格划分,即可将离散优化问题的蚁群算法拓展应用到连续域寻优中,通过全局搜索和局部搜索两步获得最优解,具备全局寻优能力.同调发电机聚合参数的好坏对等值后系统的动态特性有很大的影响,对复杂大系统而言更为突出,因此对等值机参数的寻优应尽可能与同调机群聚合函数逼近.同调发电机参数的聚合可以表示为连续域的优化问题,因此可将蚁群算法应用于其中,通过算例分析以及与梯度法的效果对比,验证了该方法在同调发电机参数聚合中的良好效果.参考文献：[1]倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析[M].北京：清华大学出版社.2002：240-242.[2]许剑冰,薛禹胜,张启平,等.电力系统同调动态等值的述评[J].电力系统自动化.2005,29（14）：91-95.[3]胡杰,余贻鑫.电力系统动态等值参数聚合的实用方法[J].电网技术.2006,30（24）：26-30.[4]李士勇.蚁群算法及其应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2004：1-59.[5]段海滨.蚁群算法原理及其应用[M].北京：科学出版社,2005：24-38.[6]Dorigo M,M aniezzo V,Colorni A.Ant system：optimization by a colony of cooperating agents[J].IEEE Transaction on System,M an,and Cybernetics-Part B,1996,26（1）：29-41.[7]Bilchev G A,Parmee I C.The ant colony metaphor for searching continuous spaces[J].Lecture Notes in Computer Science.1995,993：25-39.[8]Wang L,Wu Q D.Ant system algorithm for optimization in continuous 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atlab/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社,2002.（责任编辑：卢奇）。
笼型转子无刷双馈电机的有限元分析
Ｏ 引 言
无刷 双馈 电机是 随着 电力 电子 器件 和控 制技术
的发 展 ， 别是 功率 双 流 向变 频器 的 出现 而 发 展起 特 来 的一种 新 型 电机 。它 继 承 了 串级 电 机 的 运 行 特
点 ， 有可 调 的功率 因数 ， 良的 四象 限运 行 能 力 ； 具 优 既可 以作 为 电动机 运行 又可 以作 为 发 电机 运 行 ， 变 速运 行时所 需要 的变 频器 容量小 ， 降低 了系统 成本 ， 同时 它取 消 了电刷 和滑环 ， 提高 了系统 的可靠性 ， 兼
有笼 型 、 线型 异步 电机 和 电励 磁 同步 电机 的优点 ， 绕
图 １ 无刷 双馈 电机 结 构 图
通过 简单地 改变 控 制 绕组 的联 结 与 馈 电 方式 ， 以 可 方 便地 实现 自起 动 、 步 同 步 和双 馈 等 多 种运 行 方 异 式 ， 具有 良好 的起 动 特 性 ， 具 有 优 良的 运 行 性 既 又 能 。在风机 和泵 类负 载 的节能调 速 系统 和变速 恒频
作 者 简 介 ： 岳 （９ ５一） 男 ， 宁 本 溪 人 ， 宁 科 技 学 院 电 张 １６ ， 辽 辽
间位 置角 。
气 与信 息工 程学院教授 ， 硕士．
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Ａ ｓ ｆ ｔ ａ ｅ ｓｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｄ ｓｒ ｕｉｎ ｏ ｇ ｅｉ ｏ ｃ ｉ ｅ ａ ｄ ｄ ｎ ｉ ｖ ｆａｒ ｇ ｐ ｍａ ｎ ｔ ｅｄ ． ｈ ａ ｍｏ ｉ ｎ ｏ ｔ ｔ ｈ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｉ ｔ ｆｍａ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｌ ｎ ｅ ｓｔ ｗａ ｅ ｏ ｉ－ ａ ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｓ Ｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｃ ｉ ｈ ｇ ｓ ｔｂ ｏ ｃ ｎ ｙ ｃｉ
ｃ ｍｐ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｅｂ ｕ ｈ ｅ ｓｄ ｕ ｌ — ｄ ｍａ ｈ ｎ ｈ ｃ ａ ｉ ｄ ｏ ｅ ａ ｅ ｒｔ ｒ ｔ ｅ ｐ ｓｏｓｈ ｓａ ｏ ａ ｅ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｈ ｒ ｓ ｌｓ ｏ ｂ ｙ ｆ ｃ ｉｅ ｗ ｉｈ ｈ ｓａｋ ｎ ｆ ｗ ｃ ｏｏ ｈ ｄ ｅ ｌｔ ａ ｓ ｈ ｔ ｅ ｎ ｇ ｗｉ
胡 垄， 何凤 有 ， 薛 冰
（ 中国矿业 大学 ， 江苏徐州 ２ １０ ） ２针对 笼型转子无刷 双馈 电机转子磁场调制 能力差 、 电机效率低特点 ， 利用 Ａ ｓｆ软件 对一种新 型深槽式 ｎｏ ｉ
笼型转子无刷双馈 电机进行建模仿真 ， 出电机磁力 线分布 图 ， 隙磁通密度 波形 ， 得 气 再利用 ＭＡ Ｌ Ｂ软件计 算 出气 ＴＡ 隙磁通谐波含量 ， 与具 有较 好磁 场调 制能力的凸极 加导条转 子无 刷双馈 电机 的仿 真结果进 行分析对 比， 出深槽 式 得 笼型转子结构简单可靠 ， 具有更高的磁场极数转换 效率。
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式笼型转子具有优 良的磁场调制能力 ， 可以完全替 代结构复杂的凸极加导条转子 。深槽式笼型转子的
基金项 目： 中央高校基本科研业务 费专项资金资助（ ０ ０ Ｎ ３ ） ２ １ Ｑ Ｂ １
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Ｐｐ ＋ Ｐ。
“” ＋ 表示功率绕组和控制绕组产生相 同相序的 旋转磁势 ， 一 表示 功率绕组 和控制绕组产 生相反 “” 相序的旋转磁势 。 Ｊ
以求解域选取整个 电机截面 。为了比较深槽式笼型 转子和凸极加导条转子磁场调制效果 ， 使其定子铁 心与定子绕组参数完全相同， 并且对其所施加 的激 励也完全相同， 它们 的结构参数如表 １ 所示 。
个旋转磁势的能量转换 ， 所以电机效率高。
…
提出为 Ｂ Ｆ Ｄ Ｍ优化设计开辟 了新方向 ， 为电机的实 际应用奠定了基础。
笼 型转子 Ｂ Ｆ 的转 子磁 路 对 称 ， 的 磁场 极 ＤＭ 它
１无刷双馈 电机 的结构和基本原 理
无刷双馈电机的基本结构由定子 、 转 、 公共磁 路组成 ， 两套不 同极对数 的三相对称绕组安装在定 子侧 ， 对极的功率绕组接工频 电源 ， 对极 的控制 ３ １ 绕组接可逆变频器 ， 如图 ２ 所示 。
流电机 ， 它结构特殊 ， 没有电刷 和滑环 ， 具有 同步电 机的运行性能 ， 可调节功率因数和四象限运行能力 ， 可 以工作 在 电动机 状态 又可 工作在 发 电机状 态 。无
刷 双馈 电机在 调速 运行 时 只需要转 差容 量大 小 的变 频 器 ， 以调 速成 本相对 较低 ； 所 工作 在发 电状 态 时可 以实现 变速恒 频发 电 ， 便 实 现 有 功 和无 功 功 率 的 方 灵活调节 ； 工作 在 电 动 状态 时 ，功 率 绕 组 和 控 制 而
工频 电源提供 电功率 ， 改变可逆变频器的频率 ， 改变控制绕组 中电流频率 ， 从而改变转子转速 ， 转速 表达式 引：
６ （ｐ± Ｏｆ ）
ｎ ＝ 一
３Ｂ Ｆ 建模与仿真 Ｄ Ｍ
利用 Ａ ｓ 软件 的二 维 瞬态 场 建 立 电机 的 ｎｏ ｌ ｆ
Ｍａｗ ｌ ２ ｘ ｅｌ Ｄ模 型 ， 一 因为 Ｂ Ｆ 内部磁 场 不 对 称 ， ＤＭ 所
ｓｍｐ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｂ ｅ ｓ ｕ ｔｒ ｎ ｅ ｔｒｅ ｃ ｅ ｃ ｆｒ ｔｒｍａ ｎ ｔ ｅｄ ｐ ｌ － ｕ ｅ ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ｌ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｄ ａ ｂ ｔ ｆ ｉ ｎ ｙ ｏ ｏ ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｏｅ ｎ ｍｂ ｒｃ ｎ ｅ ｏ ． ａ ｒ ｅ ｉ ｏ ｃｉ ｓ
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微寺电棚 ２１ 第 １ 寺 ０ 年 ｌ期 １
深 槽 式 笼 型 转 子 无 刷 双 馈 电机 的仿 真 分 析
笼 型 转 子 的 优 点 ； 提 又
图 ２ 无 刷 双 馈 电 机 的 结 构
高 了它 的 磁 场 转 换 效 率 。在这里取控制绕组 极对数 Ｐ ＝１ 功率绕组 ，
极对 数 Ｐ ＝３ 所 以 图 ３ 。 ， 中的深槽 数 为 ４ 。
图 ３ 深槽 式笼 型转子 Ｂ Ｆ ＤＭ
构， 典型代 表有 环状 笼型转 子 和 凸极 加导 条转 子 ， 如
图 １ 两种不 同转子结构的 Ｂ Ｆ Ｄ Ｍ
综合上述两类转子结构的优点 ， 本文以控制绕 组为 ２极（ １ ， Ｐ ＝ ） 功率绕组为 ６极 （。 ３ 的新型 Ｐ＝ ）
深槽式 笼 型转子 无刷 双馈 电机和 凸极 加导条 转子 无
刷双馈 电机为例 ， 利用 Ａ ｓ 软件对其进行建模仿 ｎｏ ｉ ｆ
真 ， 算 出 电机 磁力 线分 布 ， 隙磁 密各次谐 波 含量 计 气
图１ 所示 。对这两类转子结构进行实验分析对 比发
并对两者仿真结果进行分析对 比， 出此新型深槽 得
一
收稿 日期 ：０ ｌ ０ — ２ ２ １ 一 ７ ２
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｂ ｓｌ ｓ ｏ ｂ —ｅ ａｈｎ （ Ｄ Ｍ） Ａ ｓｆ ｃｇ ｔｒ ｉ ｅｐｓ ｔ； ａｎｔ ｏ ｕ ｔ ｎ ｅ ｏ ｄ ：ｒ ｈｅ ｕ ｌ ｆ ｍ ｃｉｅ Ｂ Ｆ ； ｎｏ ；ａｅｒ ｏ ｔ ｄｅ ｌ ｓｍ ｇｅｉ ｍ ｄ ｌ ｉ ｕ ｓｄ ｙ ｄ ｌ ｏ ｗｈ ｏ ｃ ａｏ
绕组的频率和通电相序决定 了它的转速 ， 与负载转
矩 的大小无 关 ， 以它 的机 械特性 较硬 ， 所 因此 无刷 双 馈 电机 的应 用越来 越受 重视 。
（ ）环 状 笼 型 转 子 Ｂ Ｆ ａ ＤＭ
（ ）凸极 加 导 条 转 子 Ｂ Ｆ ｂ ＤＭ
◇
ＢＦ Ｄ Ｍ的效率和运行性能和转子的磁场极数转 换效率有直接关系 ， 以为了提高磁场极数 的转换 所 效率 ， 许多学者对 Ｂ Ｆ 的转子结构进行了研究分 ＤＭ 析， 设计 出 了多种 适合 Ｂ Ｆ 运行需 要 的转 子结 ＤＭ
流， 在电机磁路 中建立两个旋转的磁场 ， 定子中这两
个 极对 数 不 同的空 间磁 场 不 能 直接 耦 合 ， 要 通 过 需 特 殊 的转 子结构 进 行 间接耦 合 ， 转 子感 应 电流 形 与
凸极加导条转子
结构参数 定子 内经／ ｍ ａ ｒ 定子外径／ ｍ ａ ｒ 转子 内径／ ｍ ｍ 转子外径／ ｍ ｍ 控制绕组极对数 取值 １０ ５ ２０ ４ １ ６ １８ ４ ４ ． ｌ
数转换不能通过磁路不对称性来调制 ， 其转子电路 分别 由ｐ岬 。 个环状 电路组成 ， 它是依靠转 子电流 的不对称分布来产生谐波磁场， 完成磁场极数转换 ， 其转换效率不高。
深槽 式笼 型转 子 的设 计是 基 于笼型转 子 的基础
上， 在转子上额外增加Ｐ ＋ 。ｐ 个转子深槽 ， 依靠这些 转子深槽将转子划分为 Ｐ ＋ 。 。 ｐ 个磁极 ， 将磁路不对 称特性加到笼型转子 中， 这样 既保 留了结构简单可 靠， 能单 馈 异 步运 行 的
Ｏ 引 言
无刷 双馈 电机 （ 以下 简称 Ｂ Ｆ 是 一种 新型交 Ｄ Ｍ）
现， 凸极加导条转子结构的磁场极数转换效率高 ， 而 笼型转子的磁场极数转换效率较低¨ ， 但凸极加导 条转子结构复杂 ， 能单馈 异步运行 ， 不 Ｊ而笼型转 子结构简单 ， 且能在变频器发生故障时， 可以断开控 制绕组 电源， 仅由功率绕组提供电能 ， 进行单馈异步 运行 ， 可靠性和安全性高。