磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究开题报告

磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究开题报告内容摘要：

极数配合的范围进一步扩大，将自级联无刷异步电机理论向前推进了一大步。 后来 Broadway 又将相调制理论应用到变极绕组中，从而使定子绕组对称化，简化了定子绕组，使之可以通过对普通双层绕组经过适当的连接来得到，为无刷双馈电机进入实 用铺平了道路 [27]。 上世纪 80 年代末 90 年代初， A． K． Wallace 课题组提出了无刷双馈电机的多回路模型 [28]，是无刷双馈电机的仿真研究的新突破。 随后 dq0 动态数学模型和同步坐标系数学模型的相继建立 [2930]，为无刷双馈电机的动态仿真和控制系统性磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究 7 能的优化提供了基础 [31]。 各种控制方法相继被应用于无刷双馈电机 [3236]，如标量控制、转子磁场定向控制、直接转矩控制、模型参数自适应控制等。 而电力电子器件和微处理器的发展，如 IGBT、 SXCl9 DSP 等，又进一步促进了无刷双馈电机的发展。 国内 对无刷双馈电机研究起步较晚， 90 年代以来，国内一些高等院校和科研机构对该种电机进行了研究，取得了一些成果。 近几年来，国内对同步电机的无刷励磁、绕线式异步电机双馈调速都有不同程度的研究，对无刷双馈电机的研究和以前相比也有了较大的提高。 但是，对该种电机的研究开发还有许许多多的工作要做。 无刷双馈电机的运行原理的研究现状 由于无刷双馈电机的结构和运行原理与常规交流电机相比有较大的不同，属于一种新型的交流电机，因此关于该种电机运行原理分析的文章较多。 早期文献中， Hunt 和 Greedy 分别研究了自串级电机 的运行原理及其结构上的改进，提出了将同轴串级联接的两台感应电机合二为一的方案 —— 单一定转子铁心的自串级电机，形成了无刷双馈电机的雏形。 七十年代， Broadway 用转子槽矢量图详细研究了自串级电机的笼型转子或绕线式转子对定子两套不同极数绕组的“极数转换器”调制作用，奠定了无刷双馈电机原理的分析基础。 后来的研究者大多都沿用了这种分析方法 —— 即无刷双馈电机是源于两台感应电机的串级联接，并据此分析无刷双馈电机的运行原理。 根据笼型转子短路绕组的磁障作用， Broadway 等人提出了可用磁阻转子替代短路的笼型转子。 八十 年代中期， Heyne 和 在自串级感应电机的基础上，提出了一种双励磁磁阻电机并公布了样机的试验结果。 该种电机用新型的磁阻转子结构（ ATA 轴向迭片转子）代替了用于自串级电机的隐极式绕线转子，电机的性能指标也有了较大的提高。 近年来，对无刷双馈电机的研究主要集中在英、美等国，而且基本形成两大流派 [37]：其一是以 教授和 教授为首的美国 Oregon 州立大学以及以 Williamson 教授为首的英国剑桥大学，他们重点研究笼型转子结构的无刷双馈电机（ BDFM）；另一流派是以 教授为首的 Wisconsin 大学和以 磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究 8 教授为首的 Ohio 州立大学，他们重点研究磁阻转子结构的双馈电机 [38]。 他们对无刷双馈电机的转子结构各持己见，对两种转子结构的无刷双馈电机的分析方法有所差异，并且形成了两套不同的分析研究体系 [39]。 无刷双馈电机特性仿真与参数计算方法的研究现状 现代化的仿真技术是研究和设计新型电机的一种有效的途径和方法，通过仿真研究可以预测所设计电机的各种动态和稳态性能，为进一步改进电机设计、提高电机性能提供依据，特别是对于结构和原理上与常规电机相比具有 较大不同的新型无刷双馈电机，仿真研究尤为重要。 在无刷双馈电机的性能仿真研究领域，国内外学者做了许多工作。 无刷双馈电机的仿真模型创建于 80年代末 90年代初，美国 Oregon 州立大学的 A． K． wallace、 Rene spee、 Ruqi Li 等学者在建模及控制策略方面做了较多的研究。 文献 [27]首先提出了复杂模型，利用回路电压方程和连接矩阵求解电机动态性能，其本质上是异步电机“多回路”模型的拓展。 文献 [40]利用上述模型研究了多种定子绕组结构参数的变化对电机性能的影响。 文献 [28]在复杂模型的基础上，通过坐标变 换推出了（ 6+2）极无刷双馈电机在dq0 坐标系中的数学模型，直到 1995 年， Michael S． Boger 才把上述 (6+2)极鼠笼转子的无刷双馈电机 dq 轴模型改造成适合任意极数的通用形式，为无刷双馈电机的动态仿真和控制算法的研究提供了坚实的基础。 文献 [41]利用双轴数学模型，导出了不同运行状态的稳态等效电路。 文献 [4243]把异步电机多谐波理论用于无刷双馈电机的分析，提供了一个介于仿真和设计之间的折衷方案，本模型只适用于同步运行的稳态计算。 文献 [30]提出了解耦控制的同步模型，为无刷双馈电机的动态仿真和 控制性能的优化提供了坚实的基础。 电机的参数是进行特性仿真的基础，也是间接评价电机性能优劣的重要依据。 电机的参数计算可以由电磁场有限元来完成，也可以通过磁路的方法获得；前者方法复杂但精度较高，后者相对简单，适合于对大量设计方案进行对比研究，尽管精度稍差，但一般仍可满足工程计算的要求。 文献 [44]中用绕组函数法来计算无刷双馈电机的电感参数，简单易行，但精度较差。 其根本原因是用“路”的方法计算无刷双馈电机的电感参数难以考虑饱和、定转子齿槽等因素对电感计算的影响，而且不像在用“路”的方法分析传统磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究 9 异步电机时，尚有 众多的不断修正、长期积累的经验系数 (修正因子 )可以利用。 故为了克服以上缺点，进一步提高计算精度，寻找适合无刷双馈电机的有限元模型来计算电感参数是一项很有意义的工作。 但是，直接采用“场”的分析方法很少，其原因在于： (1)无刷双馈电机结构复杂，定子有两套绕组，转子端接不规则，使建模变得困难； (2)无刷双馈电机既不同于传统的异步电机，也不同于传统的同步电机，通常交流电机有限元稳态分析模型并不适用于无刷双馈电机。 文献 [4546]利用无刷双馈电机的时步有限元模型研究了转子绕组电流分布和电机铁心饱和问题。 该时步有限 元模型属于有限元 状态空间变量模型，称为耦合电路法。 其基本原理是在每次静态有限元分析后，利用能量摄动法来计算微分电感系数，并“升级”到电路状态方程组中；而电路微分方程组计算出的电流变量值又返回到静态有限元模型中，进行下一步的计算分析。 通过多次循环、迭代可以求得满意的解，其本质上是间接或顺序耦合法。 它与场路耦合法有本质的不同。 后者是直接耦合法，其本质是把描述电压、电流关系的方程组，机械运动方程，有限元离散方程组等联立并同时求解。 二者相比，后者的计算速度较快，场路耦合更加紧密。 磁阻短路绕组混合转子无刷双馈电机的关键技术研究 10 研究目标 在前期对无刷双馈电机理论研究和现有成果的基础上，对混合转子进一步优化设计。 然后利用场路结合的方法对该电机的磁场和阻抗参数进行准确计算，寻求削弱高次谐波磁场的有效方法。 在此基础上对其稳态和动态性能进行仿真研究，研制样机并进行试验研究。 研究内容 (1)在课题组先前对无刷双馈电机研究成果的基础上，提。