无刷双馈电机演示文稿

无刷双馈电机演示文稿现在是1页\一共有17页\编辑于星期一优选无刷双馈电机现在是2页\一共有17页\编辑于星期一无刷双馈电机（BrushlessDoubly-FedMachine,BDFM）作为近年发展起来的一种新型交流调速电机，它由两套相互独立的定子绕组（功率绕组和控制绕组）和特殊结构的转子组成，利用可逆变频器调节控制绕组的电源频率实现对BDFM的转速控制。BDFM具有无电刷、结构简单坚固、变频器容量小、功率因数可控制、运行可靠等优点，是传统交、直流电机调速系统的强有力竞争者，在大型水泵、风机调速和风力发电领域具有广阔的应用前景。无刷双馈电机的发展历史现在是3页\一共有17页\编辑于星期一BDFM由级联异步电动机发展而来，级联式双馈电机由两台同轴串级而成，如图1所示:现在是4页\一共有17页\编辑于星期一它是由两台绕线转子异步电动机同轴串级连接而构成，具有两套磁路彼此无关的定子绕组和转子绕组，控制绕组由变频电源供电，功率绕组直接由电网供电，改变控制绕组的供电频率就可以调节系统的速度。上世纪初Hunt和后来的Wallace等人在此基础上，提供出在单一铁心中安放两套定子绕组的无刷双馈电机模型，如图2所示:现在是5页\一共有17页\编辑于星期一其中功率绕组的极对数为Pp，直接连接电网，频率为fp；控制绕组极对数为Pc，由变频电源供电，频率为fc。由于定子和转子结构采用合理的设计，使得两套定子绕组产生的磁场只能通过转子间接耦合；同时转子磁场的极对数可以自动转换，分别与定子磁场极对数匹配，因此无刷双馈电机的工作原理与级联式电机的原理相同。

现在是6页\一共有17页\编辑于星期一无刷双馈电机的转速分析电机在双馈运行时，定子磁路中同时存在两个旋转磁场。由于电机结构的特殊设计，它们的基波并不交链，分别在转子中产生电磁转矩，共同维持电机稳定运行，具体分析如下：当功率绕组电源正相序联接，控制绕组通过变频器反相序联接时，它们产生的旋转磁场方向相反，同步转速见图3（a）：现在是7页\一共有17页\编辑于星期一

a)反相序

（1）现在是8页\一共有17页\编辑于星期一（2）

设转子的旋转速度是，则这两个定子磁场在转子中感应电动势的频率分别为：

（3）

（4）

它们产生的转子电流在电机磁路中也会产生相应的旋转磁场。现在是9页\一共有17页\编辑于星期一

（5）

而相对于定子的转速是：

+

=

;它与功率绕组电流建立的磁场同步，因此，它们相互作用会产生恒定的电磁转矩。同时，频率为的电流，也会通过与功率绕组极数对应的转子导体，它产生的旋转磁场相对于转子的转速为:

（6）

它与功率绕组电流产生的磁场相互作用也会产生电磁转矩。若得到恒定的电磁转矩，这两个磁场必须同步旋转，比较式（5）和（6），转子电流频率必须相等，即

当频率为的电流，通过与功率绕组极数对应的转子导体时，产生的旋转磁场相对于转子的转速为：现在是10页\一共有17页\编辑于星期一(7)

同理，频率为和的电流也会通过与控制绕组极数对应的转子导体，只有在满足式（7）的条件下，产生的旋转磁场与控制绕组电流建立的磁场才会同步，相互作用产生恒定的电磁转矩，从而维持电机稳定运行。

因此，联立解式（1）~（4）、（7），可得电机稳态运行的转速

(8)

当功率绕组电源正相序连接，控制绕组通过变频器也正相序联接时，同理可得到电机的转速为:现在是11页\一共有17页\编辑于星期一

可见，当电机运行在电动状态时，通过调节控制绕组的频率，可以很方便的调节电机转速。当=0时的电机转速称为自然同步转速；低于自然同步转速时，称为亚同步调速；高于自然同步转速时称超同步调速。(9)现在是12页\一共有17页\编辑于星期一无刷双馈电机的功率分析

电机在双馈运行时，功率绕组和控制绕组都会为负载提供电磁功率，此时，电机的等效电路如图4。现在是13页\一共有17页\编辑于星期一其中参数下标为p的电路是功率绕组对应的定子等效电路；下标为c的是控制绕组对应的定子等效电路；参数下标为s的部分是没有经过折算的转子实际等效电路。分析转子等效电路，功率绕组通过气隙传递给转子的转差功率为:（10）控制绕组提供给转子的转差功率为:（12）转子回路的功率平衡方程为:（11）现在是14页\一共有17页\编辑于星期一

由于此时转子铜耗相对很小，为了分析方便将其忽略，式（12)简化为:（13）

由式（13）可知，功率绕组和控制绕组提供转差功率大小相等，而功率流向相反，它们互相平衡，即（14）

根据转差功率与电磁功率的关系，可以求出功率绕组和控制绕组提供的电磁功率分别为（15）

（16）

现在是15页\一共有17页\编辑于星期一两个绕组通过气隙传递的总电磁功率为:(17)

忽略转子铜耗和空载损耗时，总的电磁功率全部作为机械功率输出，即

(18)当负载不变时，功率绕组和控制绕组电磁功率的分配关系为(19)(20)现在是16页\一共有17页\编辑于星期一

联立