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)動的電機類型,實現(xiàn)和擴大能源替代規(guī)模已經(jīng)迫在眉睫。無刷雙饋電機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,其結構特點和運行特性使得該類電機適用于風力、水力和船舶軸帶發(fā)電的變速恒頻發(fā)電領域,以及以風機泵類為負載的變頻調(diào)速領域,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的結構設計與優(yōu)化、磁場理論、數(shù)學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。本文將以繞線轉子無刷雙饋電機為研究對象,從理論推導、有限元仿真計算和樣機實驗的角度,對以下幾個方面的內(nèi)容進行介紹和分析:首先,將對無刷雙饋電機的產(chǎn)生和早期發(fā)展進行回顧,以電機結構類型為主要脈絡,對各種類型無刷雙饋電機的研究現(xiàn)狀進行闡述,并以工業(yè)應用為背景對其性能優(yōu)勢進行分析。隨后,論文將以繞線轉子無刷雙饋電機為主體,在對其定轉子基本結構和電機內(nèi)部各物理量的電磁關系進行簡要介紹后,將對該類電機包括轉速頻率關系、能量傳遞關系與方向以及各種運行方式在內(nèi)的基本運行原理進行詳細分析,為后文關于其氣隙合成磁場特征的研究進行鋪... 

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

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

同軸串級聯(lián)接繞線轉子感應電機結構示意圖

華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文教授及其團隊。他們較早地總結了特殊籠型結構無刷雙饋電機的設計方法，并提出了比較精確的模型和參數(shù)計算方法，同時對電機空載異步起動、雙饋穩(wěn)態(tài)運行等運行狀態(tài)進行了仿真，這對電機設計和控制算法的優(yōu)化具有指導意義[20-26]。英國劍橋大學課題組從本世紀初開始陸續(xù)發(fā)表關于特殊籠型轉子無刷雙饋電機的學術論文，其探索的重點側重于等效電路推導、參數(shù)計算和控制策略的研究[27-45]。文獻[29]提出了一種無刷雙饋電機的等效電路及其參數(shù)的計算方法，該等效電路能準確有效分析電機級聯(lián)異步和同步運行狀態(tài)下的轉速轉矩特性，是目前承認度最高、應用性最廣的無刷雙饋電機等效電路。文獻[39]和[40]提出了一種適用于各種極對數(shù)配合的特殊籠型轉子無刷雙饋電機通用型矢量控制模型和方法；文獻[42]提出了一種能有效應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了無刷雙饋電機在風力發(fā)電上的應用。

對不同結構的磁阻式轉子無刷雙饋電機進行了性能對比和優(yōu)化[58-66]。文獻[58]和[59]在之前 d-q 模型的基礎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[60]在 ABC 三相坐標系下，根據(jù)定轉子幾何結構與繞組分布，對空載和負載狀態(tài)下的磁場進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。紐卡斯爾大學 R.E.Betz 教授及其團隊在2000 年前后主要針對磁阻式轉子無刷雙饋電機的控制方法進行了研究，提出了標量控制、矢量控制、功率因數(shù)控制等不同的控制策略，對電機性能與變頻器容量大小的平衡做了優(yōu)化選擇[67-71]。該團隊在 2003 年至 2005 年的研究重點轉移到了該類電機本體結構的細節(jié)研究，例如：比較了軸向疊片結構和徑向疊片結構的優(yōu)劣，并從渦流損耗的角度認為徑向疊片結構更適用于無刷雙饋電機；同時，研究了疊壓系數(shù)對電機轉矩密度的影響等問題[72-74]。該團隊在 2010 年之后主要針對磁阻式無刷雙饋電機在兆瓦級風力發(fā)電系統(tǒng)的應用進行了研究，包括采用磁障分段結構的轉子優(yōu)化設計以及新型硅鋼片材料的運用等[75-81]。

【參考文獻】：
期刊論文
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[8]《中國制造2025》:我國電機行業(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)
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博士論文
[1]永磁同步風力發(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 2017
[2]直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)變流器容錯運行綜合優(yōu)化設計[D]. 朱翀.浙江大學 2016



本文編號：3466371