移動(dòng)式電容快速充電電源系統(tǒng)以高功率、小型化、重復(fù)頻率為追求目標(biāo)。基于旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能的高壓發(fā)電機(jī)是輕量化電容充電電源的常用方案。隨著科技的進(jìn)步,電容充電系統(tǒng)對(duì)高壓發(fā)電機(jī)的功率密度以及結(jié)構(gòu)可靠性等方面的要求日益提高。無刷雙饋電機(jī)是一種由級(jí)聯(lián)電機(jī)演化而來的新型電機(jī)。由于取消了電刷滑環(huán)等機(jī)械結(jié)構(gòu),無刷雙饋電機(jī)具有較高的結(jié)構(gòu)可靠性,由此高壓化的無刷雙饋電機(jī)可以作為電容快速充電電源使用。同時(shí)在重復(fù)頻率充電系統(tǒng)中,由于慣性儲(chǔ)能的釋放,電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)不斷下降,此時(shí)無刷雙饋電機(jī)可以通過對(duì)控制繞組的頻率調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)功率繞組輸出電壓的恒壓恒頻,從而保證系統(tǒng)連發(fā)性能的一致性,這一點(diǎn)也是常規(guī)高壓發(fā)電機(jī)所不具備的能力。因此無刷雙饋電機(jī)在電容快速充電電源系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)以及廣泛的應(yīng)用前景。由于無刷雙饋電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)耦合關(guān)系及電容充電的負(fù)載特性都比較特殊。針對(duì)該系統(tǒng)中無刷雙饋電機(jī)的研究必須建立在對(duì)電機(jī)本身原理特性以及電容充電負(fù)載特性充分理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行。本文以無刷雙饋電機(jī)基礎(chǔ)理論為研究對(duì)象,從轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)分析的角度出發(fā),深入探究電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的耦合關(guān)系及運(yùn)行原理。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)——電容快速充電系統(tǒng),本文對(duì)該系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及負(fù)載特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,從而為該系統(tǒng)用無刷雙饋電機(jī)的研究奠定基礎(chǔ)。為了更好地研究分析無刷雙饋電機(jī)的本質(zhì)原理和運(yùn)行特性,在對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)耦合關(guān)系分析的基礎(chǔ)上,本文建立了無刷雙饋電機(jī)異步—同步串聯(lián)的新型等效電路模型。基于該等效電路模型,本文對(duì)無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了分析計(jì)算,從而揭示了無刷雙饋電機(jī)的運(yùn)行特性及控制調(diào)節(jié)的規(guī)律。針對(duì)無刷雙饋電機(jī)在電容快速充電過程的動(dòng)態(tài)特性分析問題,本文對(duì)功率繞組磁場(chǎng)子系統(tǒng)及控制繞組磁場(chǎng)子系統(tǒng)分別建立其在各自坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,即新型的無刷雙饋電機(jī)雙dq數(shù)學(xué)模型。根據(jù)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的關(guān)系,給出了兩個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系�；诖四Ｐ�,本文對(duì)功率繞組瞬時(shí)三相短路過程進(jìn)行解析計(jì)算分析,得到相應(yīng)的短路瞬變電流及瞬變電抗,分析影響瞬變電流大小的因素,為電容充電用無刷雙饋電機(jī)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降后如何通過控制繞組的頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的恒壓恒頻問題,本文利用所建立的數(shù)學(xué)模型提出了無刷雙饋電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行發(fā)電下的變速恒頻發(fā)電控制策略,并搭建相應(yīng)仿真模型進(jìn)行仿真分析。在對(duì)電機(jī)一系列分析結(jié)論的基礎(chǔ)上,結(jié)合電容充電負(fù)載特性的要求。本文對(duì)電容充電用無刷雙饋電機(jī)電磁設(shè)計(jì)所涉及到的一系列問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究。從而建立一套相對(duì)完整的電容充電用無刷雙饋電機(jī)設(shè)計(jì)理論,以指導(dǎo)該類型電機(jī)設(shè)計(jì)。利用所提出的電機(jī)設(shè)計(jì)理論,本文設(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)30kW的電容充電用無刷雙饋電機(jī)原理樣機(jī),并給出了該樣機(jī)的詳細(xì)參數(shù)�；跇訖C(jī)參數(shù),本文建立了樣機(jī)的有限元模型。從而對(duì)樣機(jī)空載、充電等多方面性能進(jìn)行了仿真分析。利用場(chǎng)路耦合的仿真方法,本文對(duì)所提出的獨(dú)立運(yùn)行變速恒頻發(fā)電控制策略進(jìn)行了仿真分析以驗(yàn)證控制策略的正確性并更好地匹配所設(shè)計(jì)樣機(jī)。最后,本文搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)電機(jī)空載性能以及對(duì)電容充電性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)樣機(jī)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,并且與有限元仿真結(jié)果基本一致。本文還針對(duì)兩者性能結(jié)果之間的細(xì)微差異的產(chǎn)生因素進(jìn)行了分析,從而為后續(xù)工程電機(jī)的設(shè)計(jì)制造提供參考。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM30
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 無刷雙饋電機(jī)的研究現(xiàn)狀
    1.3 電容快速充電系統(tǒng)用無刷雙饋電機(jī)研究面臨的問題與挑戰(zhàn)
    1.4 論文的主要內(nèi)容和安排
2 基本原理與運(yùn)行工況分析
    2.1 引言
    2.2 無刷雙饋電機(jī)基本原理
    2.3 無刷雙饋電機(jī)基本運(yùn)行工況
    2.4 無刷雙饋電機(jī)對(duì)電容充電系統(tǒng)運(yùn)行工況分析
    2.5 本章小結(jié)
3 無刷雙饋電機(jī)新型等效電路及理論分析
    3.1 引言
    3.2 有刷雙饋電機(jī)新型等效電路
    3.3 從有刷雙饋到無刷雙饋
    3.4 無刷雙饋電機(jī)等效電路計(jì)算及特性分析
    3.5 本章小結(jié)
4 無刷雙饋電機(jī)瞬態(tài)特性分析
    4.1 引言
    4.2 無刷雙饋電機(jī)瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型
    4.3 無刷雙饋電機(jī)三相短路瞬變過程分析
    4.4 獨(dú)立運(yùn)行無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制策略研究
    4.5 本章小結(jié)
5 電容充電用無刷雙饋電機(jī)電磁設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 電容充電用無刷雙饋電機(jī)極對(duì)數(shù)選擇
    5.3 電容充電用無刷雙饋電機(jī)主要尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)
    5.4 電容充電用無刷雙饋電機(jī)繞組設(shè)計(jì)
    5.5 電容充電用無刷雙饋電機(jī)異性槽轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)
    5.6 本章小結(jié)
6 電容充電用無刷雙饋電機(jī)樣機(jī)有限元仿真與實(shí)驗(yàn)分析
    6.1 引言
    6.2 樣機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例
    6.3 樣機(jī)有限元仿真分析
    6.4 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)分析
    6.5 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻學(xué)位期間發(fā)表論文目錄

【參考文獻(xiàn)】

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