【文章內(nèi)容簡介】 極數(shù)配合的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，將自級聯(lián)無刷異步電機(jī)理論向前推進(jìn)了一大步。后來 Broadway 又將相調(diào)制理論應(yīng)用到變極繞組中，從而使定子繞組對稱化，簡化了定子繞組，使之可以通過對普通雙層繞組經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接來得到，為無刷雙饋電機(jī)進(jìn)入實(shí) 用鋪平了道路 [27]。 上世紀(jì) 80 年代末 90 年代初， A． K． Wallace 課題組提出了無刷雙饋電機(jī)的多回路模型 [28]，是無刷雙饋電機(jī)的仿真研究的新突破。隨后 dq0 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和同步坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型的相繼建立 [2930]，為無刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和控制系統(tǒng)性磁阻短路繞組混合轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究 7 能的優(yōu)化提供了基礎(chǔ) [31]。各種控制方法相繼被應(yīng)用于無刷雙饋電機(jī) [3236]，如標(biāo)量控制、轉(zhuǎn)子磁場定向控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模型參數(shù)自適應(yīng)控制等。而電力電子器件和微處理器的發(fā)展，如 IGBT、 SXCl9 DSP 等，又進(jìn)一步促進(jìn)了無刷雙饋電機(jī)的發(fā)展。 國內(nèi) 對無刷雙饋電機(jī)研究起步較晚， 90 年代以來，國內(nèi)一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)對該種電機(jī)進(jìn)行了研究，取得了一些成果。近幾年來，國內(nèi)對同步電機(jī)的無刷勵(lì)磁、繞線式異步電機(jī)雙饋調(diào)速都有不同程度的研究，對無刷雙饋電機(jī)的研究和以前相比也有了較大的提高。但是，對該種電機(jī)的研究開發(fā)還有許許多多的工作要做。 無刷雙饋電機(jī)的運(yùn)行原理的研究現(xiàn)狀 由于無刷雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理與常規(guī)交流電機(jī)相比有較大的不同，屬于一種新型的交流電機(jī)，因此關(guān)于該種電機(jī)運(yùn)行原理分析的文章較多。早期文獻(xiàn)中， Hunt 和 Greedy 分別研究了自串級電機(jī) 的運(yùn)行原理及其結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，提出了將同軸串級聯(lián)接的兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)合二為一的方案 —— 單一定轉(zhuǎn)子鐵心的自串級電機(jī)，形成了無刷雙饋電機(jī)的雛形。七十年代， Broadway 用轉(zhuǎn)子槽矢量圖詳細(xì)研究了自串級電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子或繞線式轉(zhuǎn)子對定子兩套不同極數(shù)繞組的“極數(shù)轉(zhuǎn)換器”調(diào)制作用，奠定了無刷雙饋電機(jī)原理的分析基礎(chǔ)。后來的研究者大多都沿用了這種分析方法 —— 即無刷雙饋電機(jī)是源于兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的串級聯(lián)接，并據(jù)此分析無刷雙饋電機(jī)的運(yùn)行原理。 根據(jù)籠型轉(zhuǎn)子短路繞組的磁障作用， Broadway 等人提出了可用磁阻轉(zhuǎn)子替代短路的籠型轉(zhuǎn)子。八十 年代中期， Heyne 和 在自串級感應(yīng)電機(jī)的基礎(chǔ)上，提出了一種雙勵(lì)磁磁阻電機(jī)并公布了樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果。該種電機(jī)用新型的磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（ ATA 軸向迭片轉(zhuǎn)子）代替了用于自串級電機(jī)的隱極式繞線轉(zhuǎn)子，電機(jī)的性能指標(biāo)也有了較大的提高。 近年來，對無刷雙饋電機(jī)的研究主要集中在英、美等國，而且基本形成兩大流派 [37]：其一是以 教授和 教授為首的美國 Oregon 州立大學(xué)以及以 Williamson 教授為首的英國劍橋大學(xué)，他們重點(diǎn)研究籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機(jī)（ BDFM）；另一流派是以 教授為首的 Wisconsin 大學(xué)和以 磁阻短路繞組混合轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究 8 教授為首的 Ohio 州立大學(xué)，他們重點(diǎn)研究磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙饋電機(jī) [38]。他們對無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各持己見，對兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機(jī)的分析方法有所差異，并且形成了兩套不同的分析研究體系 [39]。 無刷雙饋電機(jī)特性仿真與參數(shù)計(jì)算方法的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代化的仿真技術(shù)是研究和設(shè)計(jì)新型電機(jī)的一種有效的途徑和方法，通過仿真研究可以預(yù)測所設(shè)計(jì)電機(jī)的各種動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，為進(jìn)一步改進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)、提高電機(jī)性能提供依據(jù)，特別是對于結(jié)構(gòu)和原理上與常規(guī)電機(jī)相比具有 較大不同的新型無刷雙饋電機(jī)，仿真研究尤為重要。在無刷雙饋電機(jī)的性能仿真研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者做了許多工作。無刷雙饋電機(jī)的仿真模型創(chuàng)建于 80年代末 90年代初，美國 Oregon 州立大學(xué)的 A． K． wallace、 Rene spee、 Ruqi Li 等學(xué)者在建模及控制策略方面做了較多的研究。文獻(xiàn) [27]首先提出了復(fù)雜模型，利用回路電壓方程和連接矩陣求解電機(jī)動(dòng)態(tài)性能，其本質(zhì)上是異步電機(jī)“多回路”模型的拓展。文獻(xiàn) [40]利用上述模型研究了多種定子繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對電機(jī)性能的影響。文獻(xiàn) [28]在復(fù)雜模型的基礎(chǔ)上，通過坐標(biāo)變 換推出了（ 6+2）極無刷雙饋電機(jī)在dq0 坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，直到 1995 年， Michael S． Boger 才把上述 (6+2)極鼠籠轉(zhuǎn)子的無刷雙饋電機(jī) dq 軸模型改造成適合任意極數(shù)的通用形式，為無刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和控制算法的研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文獻(xiàn) [41]利用雙軸數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)出了不同運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)等效電路。文獻(xiàn) [4243]把異步電機(jī)多諧波理論用于無刷雙饋電機(jī)的分析，提供了一個(gè)介于仿真和設(shè)計(jì)之間的折衷方案，本模型只適用于同步運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)計(jì)算。文獻(xiàn) [30]提出了解耦控制的同步模型，為無刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和 控制性能的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 電機(jī)的參數(shù)是進(jìn)行特性仿真的基礎(chǔ)，也是間接評價(jià)電機(jī)性能優(yōu)劣的重要依據(jù)。電機(jī)的參數(shù)計(jì)算可以由電磁場有限元來完成，也可以通過磁路的方法獲得；前者方法復(fù)雜但精度較高，后者相對簡單，適合于對大量設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比研究，盡管精度稍差，但一般仍可滿足工程計(jì)算的要求。 文獻(xiàn) [44]中用繞組函數(shù)法來計(jì)算無刷雙饋電機(jī)的電感參數(shù)，簡單易行，但精度較差。其根本原因是用“路”的方法計(jì)算無刷雙饋電機(jī)的電感參數(shù)難以考慮飽和、定轉(zhuǎn)子齒槽等因素對電感計(jì)算的影響，而且不像在用“路”的方法分析傳統(tǒng)磁阻短路繞組混合轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究 9 異步電機(jī)時(shí)，尚有 眾多的不斷修正、長期積累的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) (修正因子 )可以利用。故為了克服以上缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高計(jì)算精度，尋找適合無刷雙饋電機(jī)的有限元模型來計(jì)算電感參數(shù)是一項(xiàng)很有意義的工作。但是，直接采用“場”的分析方法很少，其原因在于： (1)無刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定子有兩套繞組，轉(zhuǎn)子端接不規(guī)則，使建模變得困難； (2)無刷雙饋電機(jī)既不同于傳統(tǒng)的異步電機(jī)，也不同于傳統(tǒng)的同步電機(jī)，通常交流電機(jī)有限元穩(wěn)態(tài)分析模型并不適用于無刷雙饋電機(jī)。 文獻(xiàn) [4546]利用無刷雙饋電機(jī)的時(shí)步有限元模型研究了轉(zhuǎn)子繞組電流分布和電機(jī)鐵心飽和問題。該時(shí)步有限 元模型屬于有限元 狀態(tài)空間變量模型，稱為耦合電路法。其基本原理是在每次靜態(tài)有限元分析后，利用能量攝動(dòng)法來計(jì)算微分電感系數(shù)，并“升級”到電路狀態(tài)方程組中；而電路微分方程組計(jì)算出的電流變量值又返回到靜態(tài)有限元模型中，進(jìn)行下一步的計(jì)算分析。通過多次循環(huán)、迭代可以求得滿意的解，其本質(zhì)上是間接或順序耦合法。它與場路耦合法有本質(zhì)的不同。后者是直接耦合法，其本質(zhì)是把描述電壓、電流關(guān)系的方程組，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，有限元離散方程組等聯(lián)立并同時(shí)求解。二者相比，后者的計(jì)算速度較快，場路耦合更加緊密。 磁阻短路繞組混合轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究 10 研究目標(biāo) 在前期對無刷雙饋電機(jī)理論研究和現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，對混合轉(zhuǎn)子進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后利用場路結(jié)合的方法對該電機(jī)的磁場和阻抗參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，尋求削弱高次諧波磁場的有效方法。在此基礎(chǔ)上對其穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真研究，研制樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)研究。 研究內(nèi)容 (1)在課題組先前對無刷雙饋電機(jī)研究成果的基礎(chǔ)上，提