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BDFG的转子结构解析

排列3 www.jeimw.cn 无刷双馈发电机的数学建模 数学模型是分析交流电机的有力工具,BDFG有复杂的内部电磁关系,有多种 不同的运行方式,兼有异步电机和同步电机的特点,同时有不同结构的定子和转 子绕组满足BDFG设计要求的。随着BDFG技术研究的发展和电力电子技术的不断 提高,对BDFG发电系统的数学建模的研究显得越来越有必要性,准确而完善的系 统数学模型对BDFG发电系统的仿真和对风力发电系统控制策略的实现都是不可 缺少的。

结合本课题研究的需要,本章介绍了本文用的BDFG的转子结构形式,分析了 无刷双馈电机的基本运行理论,利用电机学和电路分析的基本原理和坐标变换理 论,导出了BDFG的数学模型,包括:a-b-。三相静止坐标系数学模型、d-q转子 速度两相旋转坐标系模型、M-T双同步速两相旋转坐标系模型和功率绕组a-}3两 相静止坐标系下的数学模型,并为数学模型间进行了对比。这为后续章节研究电 机的矢量控制和无速度传感器控制打下了基础。

BDFG的转子结构 由于普通的感应电机运行时,气隙中只有一种极对数的基波磁场。BDFG有两 套定子绕组,且极对数不同,同步运行时气隙中就有两种不同极对数的基波磁场。 为了与这种磁场分布相适应,要求BDFG具有特殊的转子结构。常用的BDFG的转 子结构可以分为特殊笼型转子、磁阻转子和绕线式转子。其中特殊笼型转子其制 造工艺简单、成本低廉,被认为最有可能应用于大容量电机。

文献中阐 述了特殊笼型转子的“极数转换器”作用,即如果通过某一套定子绕组建立起一 种极对数的气隙磁场,另外一种极对数的气隙磁场就会在转子旋转切割气隙磁场 自动产生,转子的气隙磁场又将在另外一套定子绕组中产生感应电势,反之亦然。 磁阻转子结构的功率侧定子绕组和控制侧定子绕组之间是通过磁阻转子磁导谐波 的调制作用来实现电磁祸合的,而极对数的转换由磁阻式转子来实现[[102. 103]。转 子上没有导条的磁阻转子,其磁祸合能力和制造工艺随着转子结构的不同而不同。 一般有三种不同的结构形式,即凸极式转子,磁障式转子、转向叠片的各向异性 ALA。其制造工艺依次由易向难,磁场调制作用则由弱到强。对于磁阻式转子的 BDFG参考文献「104〕有详细的分析。 BDFG采用绕线式转子相对于磁阻式和特殊笼式转子优点为[105,106]. 1.绕线式转子结构对传统磁阻转子无刷双馈电机和特殊笼型转子无刷双馈 电机转子与定子之间祸合不强,容量较小的问题进行了改善,实现了两套定子绕组与转子绕组的强祸合,能承受的感应电流大大增强,提高了电机单位体积的容 量和效率,增强了工业实用性。 2.可灵活调整转子线圈节距和匝数,可以减小谐波含量,提高了转子绕组导 体的利用率,获得更好的电机性能。 3.可以对转子的极对数灵活设计,扩大了转速的适应范围。

在低速运行的风 力发电系统中简化了变速箱,既减小了投资和故障率,又提高了效率。 本文的样机就采用的是绕线式转子BDFG。其中定子采用双绕组形式,接线灵 活、且可以很好的控制谐波。在文献「28〕研究成果的基础上,转子结构采用了变 极法设计的新形式。变极法是:为了实现无刷双馈电机两套转子绕组反相序相连, 基于单绕组变极理论设计转子绕组,对称绕组结构构成了一个多相自闭合多支路 的回路,“重复利用”了转子槽导体,转子槽导体的利用率大大提高了,这样同一 套转子绕组对两种不同极对数都能感应电流产生电势,同时又能作为激磁源激励 对方,这样两种不同极对数的旋转磁场被强制产生,实现了极对数转换功能。变 极法的优点是首次实现了低谐波磁动势。定子与转子的具体设计见图2. 1的接线 示意图。

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