目前,我國乃至世界的能源資源日益緊張,生態(tài)環(huán)境問題加劇,尋求和探索適用于可再生能源發(fā)電以及新能源驅(qū)動的電機(jī)類型,實現(xiàn)和擴(kuò)大能源替代規(guī)模已經(jīng)迫在眉睫。無刷雙饋電機(jī)作為一種運行可靠性高,運行方式靈活多樣的新型交流電機(jī),其結(jié)構(gòu)特點和運行特性使得該類電機(jī)適用于風(fēng)力、水力和船舶軸帶發(fā)電的變速恒頻發(fā)電領(lǐng)域,以及以風(fēng)機(jī)泵類為負(fù)載的變頻調(diào)速領(lǐng)域,符合節(jié)能、環(huán)保、高效的行業(yè)發(fā)展趨勢。近幾年,針對不同類型無刷雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化、磁場理論、數(shù)學(xué)模型以及新型有效控制策略等方面的研究已經(jīng)如火如荼。本文將以繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)為研究對象,從理論推導(dǎo)、有限元仿真計算和樣機(jī)實驗的角度,對以下幾個方面的內(nèi)容進(jìn)行介紹和分析:首先,將對無刷雙饋電機(jī)的產(chǎn)生和早期發(fā)展進(jìn)行回顧,以電機(jī)結(jié)構(gòu)類型為主要脈絡(luò),對各種類型無刷雙饋電機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述,并以工業(yè)應(yīng)用為背景對其性能優(yōu)勢進(jìn)行分析。隨后,論文將以繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)為主體,在對其定轉(zhuǎn)子基本結(jié)構(gòu)和電機(jī)內(nèi)部各物理量的電磁關(guān)系進(jìn)行簡要介紹后,將對該類電機(jī)包括轉(zhuǎn)速頻率關(guān)系、能量傳遞關(guān)系與方向以及各種運行方式在內(nèi)的基本運行原理進(jìn)行詳細(xì)分析,為后文關(guān)于其氣隙合成磁場特征的研究進(jìn)行鋪... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

同軸串級聯(lián)接繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文教授及其團(tuán)隊。他們較早地總結(jié)了特殊籠型結(jié)構(gòu)無刷雙饋電機(jī)的設(shè)計方法，并提出了比較精確的模型和參數(shù)計算方法，同時對電機(jī)空載異步起動、雙饋穩(wěn)態(tài)運行等運行狀態(tài)進(jìn)行了仿真，這對電機(jī)設(shè)計和控制算法的優(yōu)化具有指導(dǎo)意義[20-26]。英國劍橋大學(xué)課題組從本世紀(jì)初開始陸續(xù)發(fā)表關(guān)于特殊籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的學(xué)術(shù)論文，其探索的重點側(cè)重于等效電路推導(dǎo)、參數(shù)計算和控制策略的研究[27-45]。文獻(xiàn)[29]提出了一種無刷雙饋電機(jī)的等效電路及其參數(shù)的計算方法，該等效電路能準(zhǔn)確有效分析電機(jī)級聯(lián)異步和同步運行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，是目前承認(rèn)度最高、應(yīng)用性最廣的無刷雙饋電機(jī)等效電路。文獻(xiàn)[39]和[40]提出了一種適用于各種極對數(shù)配合的特殊籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)通用型矢量控制模型和方法；文獻(xiàn)[42]提出了一種能有效應(yīng)對不平衡運行條件下的動態(tài)控制方法。這些控制策略均有效推進(jìn)了無刷雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用。

對不同結(jié)構(gòu)的磁阻式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了性能對比和優(yōu)化[58-66]。文獻(xiàn)[58]和[59]在之前 d-q 模型的基礎(chǔ)上提出了一種磁場定向控制策略，使得整個發(fā)電系統(tǒng)能實現(xiàn)低成本、靈活、高效運行；文獻(xiàn)[60]在 ABC 三相坐標(biāo)系下，根據(jù)定轉(zhuǎn)子幾何結(jié)構(gòu)與繞組分布，對空載和負(fù)載狀態(tài)下的磁場進(jìn)行了非線性有限元計算和仿真，直觀地反映了兩個極對數(shù)磁場之間的耦合能力。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué) R.E.Betz 教授及其團(tuán)隊在2000 年前后主要針對磁阻式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)的控制方法進(jìn)行了研究，提出了標(biāo)量控制、矢量控制、功率因數(shù)控制等不同的控制策略，對電機(jī)性能與變頻器容量大小的平衡做了優(yōu)化選擇[67-71]。該團(tuán)隊在 2003 年至 2005 年的研究重點轉(zhuǎn)移到了該類電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)研究，例如：比較了軸向疊片結(jié)構(gòu)和徑向疊片結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，并從渦流損耗的角度認(rèn)為徑向疊片結(jié)構(gòu)更適用于無刷雙饋電機(jī)；同時，研究了疊壓系數(shù)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度的影響等問題[72-74]。該團(tuán)隊在 2010 年之后主要針對磁阻式無刷雙饋電機(jī)在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，包括采用磁障分段結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計以及新型硅鋼片材料的運用等[75-81]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]磁阻式無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及其性能分析[J]. 黃長喜,闞超豪,任泰安,趙威.  電工技術(shù)學(xué)報. 2017(S2)
[3]兩種不同籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無刷雙饋電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運行性能對比[J]. 歐先朋,韓力,韓雪峰,杜江,李輝.  電工技術(shù)學(xué)報. 2017(23)
[4]新型磁障轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)熱計算[J]. 張鳳閣,蔣曉東,李應(yīng)光,Zhang Yue,王金松.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2018(09)
[5]無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計、分析與控制[J]. 程明,韓鵬,魏新遲.  電工技術(shù)學(xué)報. 2016(19)
[6]繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)‘Π’型等效電路[J]. 劉光軍,王雪帆,熊飛.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2016(20)
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[8]《中國制造2025》:我國電機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與發(fā)展方向[J]. 王琨.  電器工業(yè). 2015(10)
[9]電動汽車用新型雙定子無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制[J]. 李寧,程明,韓鵬.  電工技術(shù)學(xué)報. 2014(S1)
[10]船舶節(jié)能環(huán)保技術(shù)綜述[J]. 楊森,楊杰,苗春暉.  艦船科學(xué)技術(shù). 2014(10)

博士論文
[1]永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制算法研究[D]. 李波.華南理工大學(xué) 2017
[2]直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器容錯運行綜合優(yōu)化設(shè)計[D]. 朱翀.浙江大學(xué) 2016



本文編號：3466371