检索结果-南通市图书馆

作者：刘昊青太原理工大学

学位级别：硕士

和目前风电系统中使用的主流机型双馈发电机（Doubly-fed induction generator,DFIG）相比,无刷双馈电机（Brushless Doubly-fed machine,BDFM）同样具有所需变频器容量小,系统总成本低的优点,但是BDFM省去了电刷和滑环,提高了可靠性,... 详细信息

和目前风电系统中使用的主流机型双馈发电机（Doubly-fed induction generator,DFIG）相比,无刷双馈电机（Brushless Doubly-fed machine,BDFM）同样具有所需变频器容量小,系统总成本低的优点,但是BDFM省去了电刷和滑环,提高了可靠性,降低了维护成本,因此在风力发电领域有广泛的应用前景。近十年来,无论在电机本体还是控制策略方面都取得了大量的研究成果,并日益走近市场。无刷双馈电机定子上具有两套绕组,分别称为功率绕组和控制绕组。两套绕组之间没有直接耦合,而是通过转子的磁场调制作用实现能量交换。转子磁场调制效果是影响无刷双馈电机运行特性的关键因素,而不同的转子结构的磁场调制效果也不相同。目前研究中的无刷双馈感应电机的转子结构有笼型和绕线型两种,本文针对这两种转子结构的磁场调制效果、运行特性及损耗计算开展如下研究。1.笼型及绕线型转子磁场调制效果分析从无刷双馈电机内部磁场入手,提出了一种笼型转子磁场解析分析方法,对笼型转子的磁场调制机理进行分析,分析结果表明,通过改变短路环个数及跨距可以提高笼型转子的磁场调制效果,在此基础上计算了笼型转子的最大调制能力,对绕线型转子的磁场调制机理进行了分析,从数学关系上得到绕线型转子的最大调制能力,建立有限元仿真模型对理论分析进行了验证。2.无刷双馈电机开环运行时稳态性能分析为定性分析无刷双馈电机开环运行性能,在理想条件下,通过转子对定子两个磁场的调制关系,推导了开环运行时定子绕组电流、功率以及电磁转矩与端电压的关系,得到简洁明确的表达式。有限元仿真验证了理论的正确性,并对比了笼型转子和绕线转子结构的运行性能。3.无刷双馈电机电磁转矩波动分析在分析无刷双馈电机开环运行特性随控制绕组电压初相角变化的基础上,对气隙合成磁场中谐波含量的变化进行分析,进而分析了无刷双馈电机电磁转矩大小及波动随控制绕组电压初相角变化的原因。对比笼型与绕线型转子结构气隙合成磁场谐波与转矩波动情况,表明绕线型转子改善了转子磁场谐波,从而能够减小转矩波动,提高电机性能。4.无刷双馈电机铁耗分析通过曲线拟合建立了考虑电机铁心饱和时铁磁材料B-H之间的解析表达式,将其插入现有的笼型转子无刷双馈电机铁心损耗计算的解析计算程序中,从而减小了该计算程序与有限元计算铁耗之间的误差,提高了路算方法计算BDFM铁耗的准确性。分析了铁耗随控制绕组电压初相角的变化趋势,同时通过有限元仿真对比了笼型转子和绕线型转子无刷双馈电机的铁耗,结果表明绕线型转子削弱了转子谐波,对减小铁损有显著作用。

关键词：无刷双馈电机转子结构磁场调制能力运行特性铁耗分析

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无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力分析

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电机与控制应用 2020年第1期47卷 48-53页

作者：刘昊青王淑红白崟儒太原理工大学电气与动力工程学院

笼型转子无刷双馈电机(BDFM)由于其简单且特殊的转子结构,使得转子磁场谐波含量大,直接影响转子的磁场调制能力。从电机内部磁场入手,提出了一种快速计算BDFM转子磁场的方法,分析了转子磁场与转子短路环个数及短路环分布的关系。以短路... 详细信息

笼型转子无刷双馈电机(BDFM)由于其简单且特殊的转子结构,使得转子磁场谐波含量大,直接影响转子的磁场调制能力。从电机内部磁场入手,提出了一种快速计算BDFM转子磁场的方法,分析了转子磁场与转子短路环个数及短路环分布的关系。以短路环个数及短路环分布跨距为参数,建立MATLAB计算程序对转子磁场调制能力进行分析,研究了转子的极限调制能力。最后,通过Flux电磁场有限元分析软件建立电机模型并对所提方法进行了验证。研究结果有助于优化转子结构设计。

关键词：无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力短路环数短路环分布有限元分析

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串联笼条辅助磁障转子无刷双馈发电机磁耦合能力研究

串联笼条辅助磁障转子无刷双馈发电机磁耦合能力研究

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作者：刁振宇沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着人类对能源需求的不断增大,煤和石油等化石燃料的消耗速度大幅上升,寻找并利用清洁能源已经成为世界的研究方向,因此风力发电得到了快速发展。大容量、低成本、高可靠性逐渐成为海上风机现阶段的发展方向。作为一种具有新结构的交... 详细信息

随着人类对能源需求的不断增大,煤和石油等化石燃料的消耗速度大幅上升,寻找并利用清洁能源已经成为世界的研究方向,因此风力发电得到了快速发展。大容量、低成本、高可靠性逐渐成为海上风机现阶段的发展方向。作为一种具有新结构的交流调速电机,无刷双馈发电机(Brushless Doubly-Fed Generator,BDFG)具有独特的优势,消除了电刷与滑环,提高了系统可靠性;减小了所需变频器容量,降低了系统成本。因此,BDFG非常适合应用于大型海上变速恒频发电系统中,有望成为海上风力发电的主流机型。本文以新型串联式笼条辅助磁障转子BDFG为研究对象,重点对其磁场调制机理、拓扑结构特点、电磁设计方法等问题进行了深入研究,并对一台25k W串联笼条辅助磁障转子BDFG进行了仿真研究,验证了文章理论研究的正确性与可行性。论文的主要工作包含以下内容:(1)详细介绍了BDFG的定、转子结构特点,分析了常用转子结构的优缺点,并在此基础上提出了一种耦合能力更强的新型串联式笼条辅助磁障转子结构,以更好适应海上风电的发展需求;以转差率入手,剖析了该种新型转子BDFG的工作原理。(2)新型混合转子BDFG磁场含量丰富,针对其转子结构的特殊性,分析了磁障转子对气隙磁场的调制机理,推导了辅助笼条产生磁动势的解析模型,并通过有限元法分析了笼条嵌入磁障的位置对磁场调制能力的影响。(3)针对BDFG复杂的磁场分布,以25k W串联式笼条辅助磁障转子BDFG为研究对象,分析了该种发电机的定转子结构、电磁负荷及主要尺寸的设计思路;详细研究了转子磁障、公共笼条与串联笼条的结构参数对磁场调制能力的影响,归纳了该种混合转子的设计原则,并确定了最终的发电机设计方案。(4)通过有限元法分析了该种新型混合转子BDFG在额定条件下空载与负载电磁特性,验证了电机设计的合理性;对比分析了无刷双馈发电机不同转子结构磁场调制效果,验证了所提出的串联笼条辅助磁障结构对转子磁场调制能力的提升。

关键词：无刷双馈发电机新型混合转子电磁设计磁场调制能力

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笼型转子无刷双馈电机的电磁设计及设计程序开发

笼型转子无刷双馈电机的电磁设计及设计程序开发

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作者：柴景棠太原理工大学

学位级别：硕士

无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,BDFM)是近些年发展迅速的一类新型交流电机,相比双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)具有变频容量低的优势,且去掉了电刷和滑环装置,因此兼具经济性和可靠性,在风力发电系... 详细信息

无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,BDFM)是近些年发展迅速的一类新型交流电机,相比双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)具有变频容量低的优势,且去掉了电刷和滑环装置,因此兼具经济性和可靠性,在风力发电系统中具有广阔的应用前景。由于笼型转子BDFM独特的定转子结构,电机内部磁场复杂,无用高次谐波含量丰富,且转矩密度偏低,目前无刷双馈电机主要参考异步电机进行电磁设计,考虑铁芯饱和时的磁密、铁耗等计算存在较大困难,本文针对笼型转子BDFM的饱和性能、调制能力及转矩、电磁设计方法开展如下研究:1.无刷双馈电机饱和磁密及铁耗解析计算忽略轭部磁压降,建立无刷双馈电机的细分等效磁路模型。铁芯不饱和时,取磁化曲线线性段的磁导率代入解析计算,求得电机稳态运行时磁路中的磁势及气隙磁密;铁芯饱和时,计算多个磁通定值下磁路中的磁势,绘制出Φ-F曲线,利用该曲线对磁密过大点所在磁路的磁通进行修正,最终得到电机的修正气隙磁密。在Bertotti铁耗三项计算模型的基础上,考虑旋转磁化和谐波的影响,将电机定转子划分为最小单元,利用修正磁密随时间的变化波形求解电机各部分的铁耗。编写MATLAB程序实现上述解析法的快速计算,以Y280和D180两台笼型转子BDFM为例,对比解析和有限元计算结果,验证了上述解析法计算不同饱和程度下无刷双馈电机磁密及铁耗的准确性。2.无刷双馈电机磁场调制能力分析基于无刷双馈电机的磁场调制机理,当电机运行在超同步状态下,分别推导定子p极对磁场在绕线转子中调制产生的p极对磁场和定子p极对磁场调制产生的p极对磁场,在数学关系上分析调制能力的理论最大值。在实验室已有无刷双馈电机定子结构的基础上,设计一种普通绕线转子,搭建有限元模型对调制能力进行验证。与同尺寸的笼型转子对比分析得出,绕线转子绕组系数高、转子谐波含量低,但调制效果较差。3.无刷双馈电机转矩密度分析在绕线转子极限调制能力的基础上,根据定转子磁势推导无刷双馈电机的电磁转矩公式,搭建有限元仿真模型验证其正确性。与相同热负荷、相同调速范围的异步电机对比,定量计算无刷双馈电机的转矩密度,并分析其影响因素,这对电机的优化设计具有一定的指导意义。4.无刷双馈电机的电磁设计及VB程序开发针对笼型转子BDFM独特的定转子结构,探讨了电磁设计过程中电机极对数匹配、定转子槽配合、功率分配、电磁负荷选择等各个关键环节的基本原则,介绍了电磁设计的基本流程和设计细节。基于Visual Basic绘制可视化的参数输入、输出界面,编写程序实现人机交互,输入已知量后通过按钮的操作依次完成各部分计算和校验,最终输出结果。该程序为无刷双馈电机的电磁设计提供了极大的便利,节省了单独依靠有限元仿真消耗的大量时间,且便于电机参数的多次修改和重复计算。

关键词：无刷双馈电机细分磁路法气隙磁密磁场调制能力电磁设计

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