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电机与控制学报

第１３卷

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引

言

无刷双馈电机（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ

ｄｏｕｂｌｙ．ｆｅｄ ｍａｃｈｉｎｅ，

ＢＤＦＭ）是近年来发展起来的一种变频调速电机¨Ｊ，

定子铁心中安放两套极对数不同的对称分布交流绕

组，分别为功率绕组和控制绕组心Ｊ。其中功率绕组

的极对数为Ｐ。，直接连接电网，频率为以；控制绕组

的极对数为Ｐ，，由变频电源供电，频率为丘。它们

产生的不同极对数磁场是通过特殊转子结构来间接

耦合的，即这种特殊的转子结构可以实现转子磁场

极对数的自动转换【ｌ’３】。无刷双馈电机转子磁场转

换是利用转子谐波磁场来实现的，其转换程度由对

应磁场谐波含量决定，即对应磁场谐波含量高，转换

程度也越高。而无刷双馈电机的性能指标（效率、

稳定性等）又与磁场转换程度直接相关，即磁场转

换程度越高，电机的性能越好。另外，笼型转子无刷

双馈电机的转子漏阻抗参数也直接影响电机的运行

性能‘４—５】。

无刷双馈电机的磁场极数转换效率、以及其转

子漏阻抗大小都与电机转子结构有着密切的关系。

目前国内外许多学者对这种电机展开了研究，为无

刷双馈电机设计了多种适应其运行需要的转子结

构【６’９】。本文利用ＡＮＳＹＳ对具有不同笼型转子结

构的无刷双馈电机进行了有限元分析，并计算出其

转子磁动势谐波和转子阻抗，从而对它们的性能指

标进行比较。在此基础上，提出了等距笼型转子结

构。所设计的无刷双馈电机，其功率绕组的极对数

Ｐ。＝３，控制绕组的极对数Ｐｏ＝１。

１笼型转子的设计

由无刷双馈电机的工作原理可知，定子极数

不同的两个空间磁场是通过转子实现耦合，与转

子电流产生的磁场相互作用而产生电磁转矩。

转子磁场需要进行极数转换才能与定子磁场匹

配。因此，转子结构应该具备“极数转换器”的功

能。目前，主要笼型转子结构：具有独立同心式

转子回路的转子，如图１所示，简称ｌ’转子；具有

公共端环和独立同心式转子回路的转子，如图２

所示，简称２’转子。转子环路组数（巢数）满足

Ｐｐ＋Ｐ。＝４。

由于转子特殊的环路结构，因此转子电流分布

形成了四组环流分布。该电流在转子中建立的空间

磁动势含有极对数为Ｐ。＝３和极对数为Ｐ。＝１的谐

波分量，它们会产生相应的谐波磁场，从而实现了转

子磁场极对数自动转换作用。

图１

１・转子结构

Ｆｉｇ．１

Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ １’ｒｏｔｏｒ

图２掣转子结构

Ｆｉｇ．２

Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ

ｏｆ

２．ｒｏｔｏｒ

１’和２’转子都是同心式结构，巢中回路的节距

不等，外环接近极距感应电势大，中间的内环节距小

感应电势小，对电机的能量转换影响小。另外，转子

电流主要通过外环，相当于转子导体的等效截面积

变小，因此转子等效电阻较大，电机的损耗较大，稳

定性较差¨…。

为了充分发挥每个转子导体回路的作用，提出

一种等距转子新结构，如图３所示，简称３。转子。

由于巢中回路的节距相等，每个回路感应电势大小

相等，回路电流大小比较均匀。每个回路对电机的

能量转换影响都较大。转子电流通过所有回路，相

当于转子导体的等效截面积增大，因此，转子等效电

阻较小，可以改善电机的性能。

图３

３．转子结构

Ｆｉｇ．３

Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ

ｏｆ

ｙ ｒｏｔｏｒ

２有限元分析

为了定量分析３种转子结构的性能，利用ＡＮ—

ＳＹＳ工具对其进行二维有限元分析。为了方便比较

不同转子结构的性能，所有仿真模型的定子转子铁

心和定子绕组结构参数完全相同，结构参数如表ｌ

所示。只是转子导体的连接方式不同。

在分析过程中，为３种结构电机所施加的励磁

也完全相同。通过有限元计算得出１。、２。和３４转子

电机的磁力线分布，分别如图４一图６所示。

　

万方数据