【正文】 和 q 的兩套三相繞組時，若將極對數(shù)為 p 的定子繞組接電網(wǎng)電源，轉(zhuǎn)子繞組因為出險線端 pa、 pb、 pc 和 qa、 qb、 qc 反 相序聯(lián)接，這時在定子 p 對極旋轉(zhuǎn)磁場下感應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流，除因從出線端 pa、 pb、 pc 流出使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生 p 對極旋轉(zhuǎn)磁無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子磁動勢諧波分析研究 16 勢外，還因注入到出線端 qa、 qb、 qc 使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對 p 對極反相旋轉(zhuǎn)的 q 對極磁勢。 若實現(xiàn)上述構(gòu)想，必須還要有能具體實現(xiàn)的接線方式 。 B 相： 5， 6， 23， 24； 17， 18， 35， 36； 29， 30， 11， 12。 60176。 圖 （ 8+4） 極無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子槽電勢矢量（轉(zhuǎn)子槽數(shù)為 36） 13 圖 （ 8+4）極無刷雙饋電機單層分布轉(zhuǎn)子繞組 所謂電機轉(zhuǎn)子“極數(shù)轉(zhuǎn)換器”作用，就是靠圖 所示的特殊形式的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)實現(xiàn)定子兩套不同極數(shù)繞組之間的耦合關(guān)系。 在圖 中，外環(huán)是相對于定子 4 極磁場的轉(zhuǎn)子槽電勢矢量，內(nèi)環(huán)是相對于定子 8極磁場的轉(zhuǎn)子槽電勢矢量。然而它的所有磁極間并不是磁隔離的，既可認(rèn)為是 4 極的也可認(rèn)為是 2 極的，這取決于釘子邊的磁動勢極數(shù)。 由于無刷雙饋電機具有自起動性能，因此不需要在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)起動籠。雙繞組方案雖然槽利用率低些，但設(shè)計容易，便于獲得主、副繞組之間較理想的耦合關(guān)系。為了是兩個電源互不干擾，由功率繞 p 對極旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，應(yīng)在 cp 對極控制繞組的 3個出線端之間不出現(xiàn)電勢差，以避免控制端口通電時引起工頻電源的附加電流；同理，有控制繞組 cp 對極旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也應(yīng)在 p 對極功率繞組的出線 端間不產(chǎn)生電勢差，不引起變頻電源的附加電流。 從理論上講，這種要求可以通過以下集中方法來實現(xiàn)： 獨立的定子繞組：在定子上安排兩套分別對應(yīng)于兩種不同極對數(shù)的繞 組； 多并聯(lián)支路單套繞組：定子繞組每相有三個或三的倍數(shù)個并聯(lián)支路，通過內(nèi)部對不同相支路的連接，形成另一種極數(shù)的繞組； 內(nèi)部交叉連接繞組：主要用于極對數(shù)的配合比率為“奇：偶”或“偶：奇”的情況； 極幅調(diào)制（ PAM）繞組：這種繞組每相有兩個并聯(lián)通路，通過對每相一半繞組中的電流反相來得到另一種極數(shù)的繞組。 上述應(yīng)用展示了無刷雙饋電機廣闊的應(yīng)用前景。 水力或風(fēng)力發(fā)電機一般極數(shù)較多，特殊的運行工況對發(fā)電機的可靠性提出了很高的要求。普通籠型感應(yīng)電機雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是它又不如繞線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的控制那么方便，也不如同步電機的運行性能指標(biāo)高。 用無刷雙饋電機取 代常規(guī)的高壓感應(yīng)電機，可以有效解決高壓電機變頻調(diào)速系統(tǒng)中存在的技術(shù)難題。然而，不幸的是在風(fēng)機泵類負載中采用普通的變頻調(diào)速系統(tǒng)，盡管可以起到良好的節(jié)能效果，但是存在的最大問題是變頻器（特別是大中容量的變頻器）的價格太高，往往使大中型電機的變頻調(diào)速變得可望不可及，有些觀點認(rèn)為，大中型電機采用變頻調(diào)速后，無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子磁動勢諧波分析研究 6 一次性投資成本的利息比由節(jié)能所 省下的錢還多。通過電機轉(zhuǎn)子的磁動勢諧波或磁導(dǎo)諧波對定子不同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場進行調(diào)制來實現(xiàn)電機的機電能量轉(zhuǎn)換。因此，在 70 年代后期，單一機組串極電機的研究又吸引了很多研究者的注意。由于電機采用這種串極方法時可以取消滑環(huán)和電刷，并在一定范圍內(nèi)調(diào)速，人們曾經(jīng)將兩臺電機的定轉(zhuǎn)子安裝在同一機座內(nèi)，使串極電機從外觀上看是一臺電機從而減小機 組的體積和提高運行性能，以 Hunt 和 Creedy 為代表的研究者將兩個轉(zhuǎn)子合二為一構(gòu)成一個公用轉(zhuǎn)子，并采用了較以往電機更為先進可行的理論對定子繞組進行重新設(shè)計，使之具有一套轉(zhuǎn)子繞組、一套能產(chǎn)生不同極數(shù)的定子繞組，且具有一個共同的磁路的單一機組，這就是無刷雙饋電機的原型。因此作為一種性能優(yōu)良的新型電機，越來越受到研究者的關(guān)注。在所有這些交流電機的調(diào)速傳動方式中，交流電機的結(jié)構(gòu)不同，個具特色，同時也與外部控制電路的連接，可與定子繞組一起實現(xiàn)雙重饋電，能滿足大容量、高電壓、高轉(zhuǎn)速的性能要求，并具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定（同步速）、功率因數(shù)可調(diào)、效率高等方 3 面的優(yōu)點。 2. 變滑差 s 調(diào)速 實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)子內(nèi)滑差功率 sPMPs? 的調(diào)速方法。 鑒于以上的研究情況，本文將設(shè)計一籠型和繞線型方案， 用 Matlab 建立 籠型 轉(zhuǎn)子繞組諧波磁勢分析的計算模型 ，針對所設(shè)計的繞組方案，分別得出結(jié)果，并 且分別改變轉(zhuǎn)子線圈數(shù) ，從而證明 增加轉(zhuǎn)子線圈數(shù)可以優(yōu)化轉(zhuǎn)子繞組的磁勢。v 對極諧波說的線圈短距系數(shù) 39。 52 變功率繞組 中 轉(zhuǎn)子每相線圈數(shù)后轉(zhuǎn)子諧波磁勢的分析研究 32 結(jié)果分析 27 對磁勢計算進行編程 27 磁勢計算的流程圖 22 相繞組的磁勢計算 9 定子繞組的結(jié)構(gòu) Ⅲ 第 1 章 無刷雙饋電機研究的背景和意義 9 轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu) 61 轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)的選取 yvk —— 對 39。 由于認(rèn)為目前制約無刷雙饋變頻調(diào)速電機進入實際應(yīng)用的瓶頸在于轉(zhuǎn)子繞組的性能，為解決這個問題，有學(xué)者提出采用根據(jù)“變極”原理設(shè)計的特殊繞線轉(zhuǎn)子繞組。 B. 變極調(diào)速：由于要求定、轉(zhuǎn)子極對數(shù)同時變化，僅適合鼠籠式異步電機。 近年來還出現(xiàn)了不少電機本體與控制裝置緊密結(jié)合的調(diào)速電機，如開關(guān)磁組電機、永磁無刷直流電機，它們的共同特點是實現(xiàn)了半導(dǎo)體變 流裝置與電機本體一體化，是一類新型調(diào)速電機。近年來，為了解決這個問題，國內(nèi)外許多學(xué)者都將目光投向無刷雙饋，不僅具有簡單的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，而且具有具有繞線式轉(zhuǎn)子異步電機和同步電機的優(yōu)良特性，既可作為交流調(diào)速電機，又可作為變頻調(diào)速發(fā)電機。在 NP 一定的前提下，機組的轉(zhuǎn)差率將發(fā)生變化，電機轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生改變。這樣，將變頻器代替第二臺電機定子所接的電阻，就可采用較小容量的變頻器來控制電機的轉(zhuǎn)速。 無刷雙饋電機的研究意義 無刷雙饋電機是一種新型的，同時具有同步電機和異步電機特點的交流調(diào)速電機，其結(jié)構(gòu)和運行原來與傳統(tǒng)的交流電機有較大的差別，無刷雙饋電機的定子上具有兩套極數(shù)不同的對稱三相 繞組，分別稱為功率繞組和控制繞組，轉(zhuǎn)子采用籠型或磁組型的結(jié)構(gòu)，取消了電刷和滑環(huán)。 在許許多多的生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，如發(fā)電廠和鋼鐵企業(yè)中，水泵和通風(fēng)機等負載面廣量大，如果采用交流變頻調(diào)速裝置替代閥門，擋板來調(diào)節(jié)流量，可獲得很好的節(jié)能效果。 無刷雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)與其他調(diào)速系統(tǒng)相比，具有以下突出優(yōu)點： 1) 通過變頻器的功率僅占電動機總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，從而降低了調(diào)速系統(tǒng)的成本； 2) 功率因數(shù)可調(diào)，可以提高調(diào)速系統(tǒng)的力能指標(biāo)； 3) 與有刷雙饋和串調(diào)系統(tǒng)相比，取消了電刷和滑環(huán)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性； 4) 即使在變頻器發(fā)生故障的情況下，電動機仍然可以運行于感應(yīng)電動機狀態(tài)下； 5) 電機的運行轉(zhuǎn)速僅與功率繞組和控制繞組的頻率及其相序有關(guān)，而與負載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，因此電機具有硬的機械特性。此外滑動接觸容易產(chǎn)生火花，從而限制了有刷電機在含有易燃和易爆氣體的餓環(huán)境中的應(yīng)用。 無刷雙饋電機作為變速恒頻交流發(fā)電機，應(yīng)用于水力或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時，可以大大提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。有理由相信，在對無刷雙饋的研究取得重大進展和突破以后，將其 用于抽水蓄能電站機組以取代繞線式感應(yīng)電機，從而提高電機的運行可靠性，也是無刷雙饋電機一個很有發(fā)展前景的應(yīng)用領(lǐng)域。 定子繞組的結(jié)構(gòu) 無刷雙饋電機的定子鐵芯即為一般異步電機鐵芯 ,但起定子繞組需要能在同一氣隙中產(chǎn)生兩種不同極對數(shù)的磁場。對于單定子繞組的無刷雙饋電機來說，一套定子繞組應(yīng)有 6 個出線端，分別 作為工頻和變頻電源的入口，當(dāng)兩個端口同時供電時，回產(chǎn)生兩個獨立的、不同極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場。 有上可知，采用單繞組的好處是定子槽和繞組的利用率高，銅損耗相對小些，單設(shè)計困難，不易得到主、副繞組兩全其美的方案。換言之，如果在不改變轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)的條件下增加轉(zhuǎn)子的槽數(shù)，槽漏抗將大大降低，這樣在保證無刷雙饋電機運行原理對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基本要求的情況下，可以有效的優(yōu)化電機的運行特性。 2 轉(zhuǎn)子實際上就是用在常規(guī)同步電機上的普通凸極轉(zhuǎn)子，具有簡單可靠的結(jié)構(gòu)且制造容易。當(dāng)其工作在雙饋調(diào)速運行時，主副繞組中不同頻率的電流將在電機中形成兩個不同極數(shù)、不同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場時處于 兩種極數(shù)磁場下的轉(zhuǎn)子槽電勢矢量圖如圖 所示 。按此規(guī)律， 36 槽的導(dǎo)條可以形成 6 組同樣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)條連 接，從而得到了如圖 所示聯(lián)成的單 5C42 分布籠型轉(zhuǎn)子繞組。這種新型轉(zhuǎn)子繞組接線方式更靈活，可利用交流電機繞組理論對對 p和 q兩種極對數(shù)選擇、磁勢相對轉(zhuǎn)向、繞組分布系數(shù)、諧波含量等進行“人工”控制設(shè)計，因而用于無刷雙饋電機可能更好的性能。相帶繞組三相所占的槽號： 無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子磁動勢諧波分析研究 14 由此畫出按 2 極相位排列的 6 極三相槽號表和變后 極的三相相位圖： 變前極每相三段槽號為： A 相： 1， 2， 19， 20； 13， 14， 31， 32； 25， 26， 7， 8。為提高轉(zhuǎn)子槽導(dǎo)體的實際利用率，還必須使得轉(zhuǎn)子槽導(dǎo)體做到“來復(fù)利用”，使得同一套繞組對兩種極數(shù)既能感應(yīng)電勢又能互相作為激磁源?，F(xiàn)在將 3Y并聯(lián)接法換相變極繞組用于轉(zhuǎn)子繞組，并且按無刷雙饋電機理論要求將出線端 pa、 pb、 pc 和 qa、 qb、 qc 作異極反相序聯(lián)結(jié)。圖 所示為 2p=6,2q=2,槽數(shù)為 36 的轉(zhuǎn)子繞組實例。當(dāng)繞組通以電流時，沿氣隙周圍就出現(xiàn)了電流層。這時每個槽產(chǎn)生的安導(dǎo)波變成一個脈沖函數(shù)，該函數(shù)沿氣隙周圍的積分等于槽內(nèi)的安導(dǎo) siN 。設(shè)有單根導(dǎo)體嵌于槽中，并通過電流 i （瞬時值，有正、負，以流出紙面為正）如圖 ）所示，則可畫出該導(dǎo)體產(chǎn)生的安導(dǎo)波如圖 ）中的實線矩形波。c o s)( 139。v 對極諧波”和“ v 次諧波”是兩種不同的表示方法，要注意區(qū)別。c o s)( 39。cos)( 139。則當(dāng)電流 i （瞬時值，有正、負，以圖中所示方向為正 ）通過線圈時，可得出圖 ）所示的 21 安導(dǎo)波。s i n2[)]2(39。sin39。239。???? ? 其中 2s in2s in ??? yvpvk yyv ?? ???????????? （ 38） 式中 y 和 ? 分別為線圈節(jié)距和極距，用相同單位表示。由于構(gòu)成線圈組的每個線圈具有 相同的節(jié)距和匝數(shù)，以及通過相同的電流，因此每個線圈磁勢的諧波含量和大小是完全一樣的，所不同的只是由于各線圈之間在空間上錯開一個角度，因而各諧波磁勢在空間上的位置存在相位差。在這里，我們用每相總匝數(shù) ?w 代替式 （ 313） 中的線圈組總匝數(shù) cqN ，并設(shè)每相電流的有效值為 I ， 每 相有 ? 條 并 聯(lián) 支路 ，則 ?IIc? ，故得 IwwIwIc ?? ?? ? )( （其中無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子磁動勢諧波分析研究 24 qNqNw c ?? ?/ ，在計算中可以取 1?N ），這里 ??ww? 為每相每條并聯(lián)支路的串聯(lián)匝數(shù)，也代入式（ 313）便得：對正常接法的整數(shù)槽繞組，相繞組的磁勢幅值為： wvvm kvpIwF ?? 22? ????????????? （ 315） 通過計算 （具體計算過程如下節(jié)所示） 得出，對正常接法的整數(shù)槽繞組，無論是單層或是雙層，相繞組磁勢中只存在 7,5,3,1?v ?? 等奇次諧波，他們都是隨時間以相同頻率 f?? 2? 交變的脈振磁勢波，任一次奇次諧波的磁勢波為 vavktpIwatF v wv c o ss i n22),( . . . . . .7,5,3,1 ???? ??? ??????? （ 316） 整個轉(zhuǎn)子繞組的各次諧波的磁勢計算 得出相繞組的諧波磁勢的表達式之后，就可以對整個轉(zhuǎn)子繞組的各次諧波磁勢進行計算了，設(shè)無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù) 為 m ，只要將這 m 個相繞組所產(chǎn)生的諧波磁勢相加 ,相鄰相繞組回路的電流相位移為 mm39。(2(c o s))139。其中 Mathworks公司推出的 MATLAB，由于其強大的功能和廣泛的應(yīng)用性，受到越來越多的科技工作者的歡迎。 Mathworks 公司剛剛正式推出 MATLAB 時， MA TLAB 數(shù)學(xué)處理的內(nèi)核是針對 27 數(shù)值計算編寫的，對處理大批數(shù)據(jù)效率很好。對參數(shù)的定義是編寫程序的第一步，必須把每個所需的參數(shù)都定義在內(nèi)，只有這樣才可以保證下面的計算過程不會出現(xiàn)未知的參數(shù)