無刷雙饋電機(Brushless Doubly-Fed Machine,BDFM)取消了電刷和滑環(huán),提高了系統(tǒng)的可靠性,具有變頻器容量小、功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)點,在變頻調(diào)速驅(qū)動及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景。然而由于其結(jié)構(gòu)特殊,磁場調(diào)制機理復(fù)雜,存在效率較低等缺點,且尚缺少有效工具可快速而準(zhǔn)確地對其運行特性進行分析。本文采用理論分析、有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)與實驗研究相結(jié)合的方法,對籠型轉(zhuǎn)子BDFM的動態(tài)磁網(wǎng)絡(luò)(Dynamic Magnetic Equivalent Circuit,DMEC)模型建模與求解方法及籠型轉(zhuǎn)子BDFM的優(yōu)化設(shè)計方法開展研究。首先,介紹了BDFM的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,并針對一個籠型轉(zhuǎn)子BDFM樣機,結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點并考慮鐵心飽和與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的影響,分析并建立了其等效的DMEC模型,研究了DMEC模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及磁阻的計算方法;其次,借鑒電路分析的方法,利用節(jié)點法、回路法和傳輸線模型法,分別建立了籠型轉(zhuǎn)子BDFM的DMEC模型代數(shù)方程組,并將代數(shù)方程組與微分方程組相耦合,給出了DMEC模型的求解流程,對模型進行求解,比較了三種方法各自的優(yōu)缺點;第三,利用DMEC模型對籠型轉(zhuǎn)子BDFM的不同運行工況進行了性能分析,并將分析結(jié)果與FEA結(jié)果及實驗數(shù)據(jù)進行了對比,從而驗證了籠型轉(zhuǎn)子BDFM的DMEC模型建模及計算結(jié)果的正確性;第四,以提升籠型轉(zhuǎn)子BDFM的效率為目標(biāo),利用田口法對多個設(shè)計參數(shù)進行分析,根據(jù)分析結(jié)果選取了9個優(yōu)化變量;最后,對差分進化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)進行改進,提升算法的性能,并將其應(yīng)用到對籠型轉(zhuǎn)子BDFM的優(yōu)化設(shè)計中,得到優(yōu)化后的設(shè)計方案,進而利用FEA對優(yōu)化后的設(shè)計方案進行了驗證。結(jié)果表明,本文提出的DMEC模型和改進的差分進化算法(Improved Differential Evolution Algorithm,IDEA)能對籠型轉(zhuǎn)子BDFM的效率進行有效的優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化后樣機的效率明顯提高。本文的研究成果可豐富籠型轉(zhuǎn)子BDFM運行性能的分析方法,可為改進籠型轉(zhuǎn)子BDFM的電磁設(shè)計方法、提升其效率提供理論指導(dǎo)和參考。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM35
【部分圖文】：

(a) 凸極磁阻轉(zhuǎn)子 (b) 軸向疊片磁障轉(zhuǎn)子 (c) 徑向疊片磁障轉(zhuǎn)子圖 2.4 BDFM 的 3 種磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Fig. 2.4 Three reluctance rotor structures of BDFM③ 繞線型轉(zhuǎn)子與上述兩種轉(zhuǎn)子不同，繞線型轉(zhuǎn)子通過將轉(zhuǎn)子部分的繞組按特定的方式進布，實現(xiàn)磁場調(diào)制的作用，在設(shè)計時可靈活的對轉(zhuǎn)子繞組進行調(diào)整。目前繞組進行排布的方法主要有兩種，分別是利用“齒諧波”原理進行設(shè)計及變極”原理進行設(shè)計。繞線式轉(zhuǎn)子對磁場調(diào)制的作用最好，降低了 BDFM 用諧波磁場的含量，提高了轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體利用率，但存在繞組聯(lián)結(jié)方式復(fù)雜易加工等缺點，圖 2.5 為根據(jù)“變極”原理設(shè)計繞線轉(zhuǎn)子的示意圖。AcpapAAaAbAcBaBbpapbpApB

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文的磁路；Rsy、Rry分別為定轉(zhuǎn)子軛部磁阻，用Rst、Rrt分別為定轉(zhuǎn)子齒部磁阻，用來模擬定電機內(nèi)部磁場的分布情況相對應(yīng)，軛部磁阻徑向擺放，定轉(zhuǎn)子鐵心部分的磁阻的數(shù)值將重合部分的定轉(zhuǎn)子齒在氣隙之間也由一磁阻磁通的磁路。此外，在 MEC 模型的拓?fù)浣Y(jié)中的電流對磁場的激勵作用。磁動勢既可放置在齒部，則磁動勢的數(shù)值為相鄰兩槽匝電繁雜；若放置在軛部，則磁動勢為對應(yīng)槽的單。為了便于建模和求解，本文將磁動勢放值等于槽中的匝電流的數(shù)值。

3 籠型轉(zhuǎn)子 BDFM 動態(tài)磁網(wǎng)絡(luò)模型的求解C 模型進行求解時，需要將代數(shù)及微分方程相耦合每一時刻電壓方程及機械運動方程將定轉(zhuǎn)子繞組磁，代數(shù)方程根據(jù)定轉(zhuǎn)子繞組磁鏈及轉(zhuǎn)子位置角求方程及機械運動方程進行耦合，實現(xiàn)對 DMEC 模方法的對比型轉(zhuǎn)子 BDFM 的 DMEC 模型建模和求解方法的正聯(lián)型籠型轉(zhuǎn)子 BDFM 樣機為對象，建立其 MEC 立 DMEC 模型的代數(shù)方程組并和微分方程組相耦關(guān)程序來對 DMEC 模型進行求解，其中對代數(shù)方頓迭代法，對微分方程組求解的方法為四階龍格-4 所示，樣機參數(shù)如表 3.1 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2868958