极体相位整治组件的若干相异样发电机的预设2.doc

极体相位整治组件的若干相异样发电机组的预设极体相位整治组件的若干相异样发电机的预设发电机组发动机起动时，异步电动机通过功率变换器将蓄电池提供的电能转化为机械能拖动发动机直至其点火转速，此时异步电动机工作在电动状态；然后发动机一方面驱动装置运动，一方面再拖动异步电动机使其工作在发电状态，通过功率变换器向用电设备提供电能。这就要求异步电动机的工作性能要适应发动机的运行特性，即异步电机在电动状态，能在较低的转速下产生较大的起动力矩，而运行在发电状态时，发动机的工作转速变化范围较大，在用电负荷功率一定的条件下，要求异步电动机能在较大的转速变化范围内具有稳定的输出功率。且异步电动机又是在功率变换器的控制下工作的，因此，常规的异步电动机设计方法已不能与之相适应。随着电力电子技术和功率器件的发展，功率变换器的技术也日趋成熟，其开关管的数量是可变的，亦即其输出的相数是可调的，因此，与之相连的异步电动机的相数也不再局限于三相，可以看作一个新的自由参数。由电机学理论可知，m相对称绕组通入m相对称电流，可在电动机的气隙中产生旋转的磁场，又多相系统比常规的三相系统具有一定的优势。因此，本文主要研究了能适应起动/发电两种运行状态的基于极相调制的多相异步电动机/发电机的设计计算方案，并根据此方案设计了一台可以进行极相调制的多相异步电动机/发电机。多相异步电动机/发电机与变换器联合工作的主电路拓扑结构如所示。20世纪80年代，在美国NASALewis研究中心的资助下，Wisconsin大学对独立电源异步起动/发电系统进行了研究；众多单位开始研究适用于汽车的异步电动机起动/发电系统。在我国，南京航空航天大学和西北工业大学都开展了基于开关磁阻电机的高压直流起动/发电系统的研究，并已有初步成果。目前，南京航空航天大学航空电源科技重点实验室正在开展旋转整流器式三级无刷直流电机起动/发电的研究，此外还在开展双凸极电机起动/发电高压直流系统和异步电动机起动/发电高压直流系统的研究。中科院电工所及清华大学等研究机构也正在进行电动汽车和混合动力汽车的研究。异步电动机的极相调制原理所谓极相调制，就是指将异步电动机的绕组与功率变换器相连，通过功率变换器的输出来控制异步电动机/发电机的两种工作状态，即当其运行于电动状态时，通过变换器控制，使其定子构成少相多极绕组，降低电动机的工作转速，以得到较大的输出力矩拖动发动机起动；当发动机自行工作后再通过变换器的控制切换，使其定子构成多相少极绕组，以提高其工作转速，保证其在较大的转速范围内输出一定的电功率。由电机学原理可知，当电机的体积一定时，其最大输出功率不变，而Pmax=Tmax，s（1s），s=60f/p，因此，在f和s不变的条件下，在电动机运行状态由于p的增加，必然也使电动机的最大输出转矩增大，当采用E/f等于常数的变频控制方式时，电动机的起动转矩可以达到最大转矩。而在发电运行状态，通过减小p使其运行在高速恒功率范围。极相调制异步电动机/发电机设计异步电动机作为电动/发电机用于独立电源系统中，就必须满足独立电源系统的运行特点，即在电动运行时能产生较大的起动力矩，在发电运行时能在较大的转速变化范围内输出稳定的功率。因此它的设计既不同于电动机的设计也不同于发电机的设计，而两者都要兼顾，它与传统的电动机和发电机在设计上有一定的差别。设计主要差别设计转速的选取一般电动机设计时，若转速变化范围较大，其设计转速一般都是选择最低转速，这样就使得电动机的体积较大。异步电动机/发电机在设计时，由于其在电动状态时的工作时间很短，大部分工作时间内运行于发电状态，因此其设计转速的选取主要以发电运行状态为主，而其电动状态的速度可通过绕组的极相调制来实现。绕组节距的选择异步电动机/发电机要通过极相调制实现电动状态和发电状态的转换，即工作在两种不同的极数下，因而对其绕组形式的确定以及节距的选取也与普通的异步电动机有所差别，也就是说其绕组的构成必须能同时满足两种极数下电动机的运行，通常当两种状态下的极数比为奇数时，绕组的节距以低极数确定，通常取整距；当两种状态下的极数比为偶数时，低极数时绕组节距一般为短距。但对于极数比为1：2的电动机，其两种状态下的节距比应为2：1，以保证在高极数时能得到整距。绕组连接的方式传统的三相异步电动机的变极调速是通过三相绕组之间的改接来实现的，如3Y/3Y+Y接法、YY/接法等等，在变极时通过接触器对绕组的引出线进行切换而得到不同的速度，这往往会影响到系统运行的可靠性。而极相调制多相异步电动机/发电机的绕组与功率变换器的输出相连，一般都是多Y结构，极相的变换是通过控制变换器桥臂的输出相位来实现的。极对数的确定当异步电动机的转速范围一定时，选定了极对数p则大致决定了其工作频率的范围。异步电动机作发电运行时，其定子旋转磁场落后于转子转速一个小的转差，在估计工作频率时可近似用转子转速代入式60pnf=.根据控制系统的工作特点，极对数通常选择为2.由此可得电动机的工作频率大致为133Hz左右，发动机的怠速经过齿轮变速后为1650r/min，根据计算可取异步电动机电动运行状态时的极对数为4.极对数少的电动机相对于极对数多的电动机，轭部磁路较长，为避免轭部磁势降太大，而使电动机的轭部增厚一些，因此电动机的外形要大些。定子绕组的设计由于异步电动机/发电机在工作时需通过绕组的变换来满足两种工作状态下的要求，因此，其绕组型式的确定也是非常关键的。由前面的多相绕组理论可知，六相电动机有两种形式，即半十二相和六相，半十二相也就是不对称六相，其每两个绕组之间在空间互差30电角度；而六相电动机其绕组在空间互差60电角度。结论采用极-相调制的方法进行变极时，若采用鼓型绕组，定子绕组的节距要根据少极时选取，且当变极前后的极数比为奇数时，线圈节距应为整距；当变极前后的极数比为偶数时，线圈节距应为短距。但当电动机的极距较大时，鼓型绕