究 。英国 、
日本和澳大利亚等国也在对该种电机进
行研究 。近年来 ,在英美等国 ,基本形成两大流派 ;
其一是以 A. Wallace 教授和 R. Spee 教授为首的美国
Oregon 州立大学以及以 Williamson 教授为首的英国
剑桥大学 ,他们重点研究笼型转子结构的无刷双馈
电机 (BDFM) ;另一流派是以 T. A. Lipo 教授为首的
Wisconsin 大学和以 L . Xu 教授为首的 Ohin 州立大
学 ,他们重点研究磁阻转子结构的双励磁磁阻电机 。
他们对无刷双馈电机的转子结构各持己见 ,对两种
转子结构的无刷双馈电机的分析方法有所差异 ,并
且形成了两套不同的分析研究体系 。
在无刷双馈电机的性能仿真研究领域 ,国内外
学者做了许多工作 。分别建立了同步和双馈运行的
无刷双馈电机在 d - q - 0 坐标系统中的数学模型和
通用数学模型 ,并进行了仿真研究 。可以看出 ,现有
的无刷双馈电机的数学模型大多建立在 d - q - 0 坐
标系基础之上 ,虽然参数计算简单一些 ,但模型中的
电压电流等状态变量与电机绕组中的实际电压电流
不同 ,计算值需要通过坐标变换方可与测试值相比
较 ,另外 ,其电压电流变量也不能与变频器电压电流
变量直接耦合 ,给无刷双馈电机调速系统的仿真研
究带来一定的困难 。因而 ,上述数学模型不够直观 ,
使用起来也不够方便 。国内外学者研究给出的不同
转子结构无刷双馈电机的数学模型 ,不仅形式各异 ,
而且在仿真研究中大多忽略了电感参数脉动和谐波
的影响 ,因此缺乏准确性 。此外 ,未见无刷双馈电机
控制绕组由 SPWM 电源供电的双馈运行方式特性仿
真的文献报道 。
虽然近二十年来 ,国内外许多学者对无刷双馈
电机进行了分析的研究 ,取得了一些成果并发表了
许多相关的论文 ,他们对该种电机的运行原理 、
分析
方法和分析手段以及特性仿真等方面做了许多研究
工作 。但是无刷双馈电机的研制水平却略显滞后 。
就所查阅的有关文献来看 ,到目前为止 ,以美国 Or
2
gon 州立大学 Wallace 教授为首的研究小组公布了一
台 5hp 笼型转子无刷双馈电机样机的试验结果 ,并
将一台 45KW 的实用样机应用于某废水处理厂 。国
内尚未见到无刷双馈电机样机的实验数据的有关报
道和文献 。因此 ,研制较大功率的无刷双馈电机的
实验样机 ,并从理论和实验两方面来进行对比研究 ,
对于推动该种电机的发展具有重要意义 。
在国内对无刷双馈电机研究总体起步较晚 ,90
年代以来 ,国内一些高等院校和科研机构对该种电
机进行了研究 ,取得了一些成果 ,但总的来说 ,国内
对无刷双馈电机的研究尚处于基础研究阶段 ,还未
推广应用到实际生产中 ,因此 ,对该种电机的研究开
发还有许多的工作要做 。
2
无刷双馈电机的工作原理
无刷双馈调速电机工作原理如图 1 所示。定子
绕组由 2 套极对数不等
( P
p
≠
P
c
)
的三相对称绕组
构成 ,分别称为功率绕组和控制绕组 。它们可以是
彼此独立的 2 套绕组组成 ,也可由 1 套三相绕组通
图
1
无刷双馈电机工作原理图
过变极联结获得两种不同极数的三相对称绕组 。
当功率绕组接入工频
( f
p
)
电源、
控制绕组接入变
频 (
f
c
) 电源后 (一般情况下
f
p
≠
f
c
)
,由于两套定子绕
组同时有电流流过 ,因此在气隙中产生两个不同极对
数的磁场 ,这两个磁场通过转子的调制发生交叉耦
合 ,构成了实现能量传递转换的基础 ,经分析可得稳
态运行时电机的转速与
P
p
、
P
c
、
f
p
及
f
c
的关系为 :
n =
f
p
±
f
c
P
p
+ P
c
×60
(
1
)
(1) 式中
f
c
前取正号时表示控制绕组的三相电
源相序与功率绕组三相电源相序相同 ;
f
c
前取负号
时表示两个绕组外加电源相序相反 。式 (1) 表示 ,当
P
p
、
P
c
、
f
p
一定时 ,改变
f
c
可使电机转速随
f
c
改变 ,
当
f
c
= 0 时的无刷双馈电机的转速称为自然同步转
速 ,
f
c
前取负号的调速 ,称为亚同步调速 ,反之称为
超同步调速 。可见无刷双馈电机可通过改变与控制
绕组相连的变频器的输出来调节转速 ,能够实现无
刷双馈电机的无级调速 ,其调速的范围与功率绕组
和控制绕组的极对数及电源的输出频率有关 。
3
无刷双馈电机的结构特征
3
11 定子结构
无刷双馈电机的定子铁心与普通交流电机基本
相同 ,研制时可借用现有相应产品规格的定子冲片 ,
2 湖南工程学院学报 2002 年