电札与控制应闭２０１２，３９（７）

研究与设计ｌ Ｅ嘲强

电机的结构之后，对新型的转子结构进行了

分析，得到了优化的转子结构形式，为无刷双

馈电机的推广应用及转子的设计提供了新

选择。

１

无刷双馈电机的原理与结构

无刷双馈电机定子上有两套不同极数的三相

对称绕组，定子功率绕组，极数为２ｐ。，运行时直

接与电网相连，定子控制绕组，极数为２ｐ。，运行

时通过双向变频器与电网相连。两个极数与转子

极对数Ｐ．的关系如下：

Ｐ

Ｐ

７／

（１）

，＝

ｋ ｌ夕

因为两套定子绕组具有不同的极数，他们所

产生的不同极数的两个磁场共同存在于同一铁心

中。功率绕组和控制绕组的作用相当于传统的绕

线式异步电机的定子和转子绕组，其结构形式如

图１所示。

．

无捌双馈电机

图１无刷双馈电机结构示意图

无刷双馈电机具有多种运行方式㈣１，包含

异步单馈运行方式，同步运行方式和双馈运行

方式等。转子转速与电磁转矩无关，满

足式（２）：

∞ｒ：坐

（２）

∞２——■＿

Ｌｚ

Ｊ

ｐｐ

ｔ

ｐｑ

这里∞。和∞：分别是定子功率绕组和控制绕

组的角频率。当控制绕组接直流时，电机的自然

同步转速为

∞。：÷

（３）

ｐｐ十ｐｑ

多种运行方式的优势使无刷双馈电机特别适

用于变速恒频风力发电机系统。

２

无刷双馈电机的设计

２．１定子设计

无刷双馈电机在双馈运行方式时，两套定

子绕组均被激励，所产生的两个不同极数的旋

转磁场，依赖特殊转子的磁场调制作用，两定子

绕组之间没有直接的耦合关系。因此，对于不

同的转子结构，只要满足极数关系，定子可以相

同，单定子单转子结构被多数学者们所认可。

定子绕组分为单绕组和双绕组结构，但是单绕

组结构的优点是节约铜线，槽满率低，易于嵌

线，但是它对两套绕组的限制较多，有些情况甚

至无法实现，工艺上也复杂。双绕组结构的设

计思想是两套定子绕组独立设计，非常容易实

现不同极数的配合，原理上特别易于实现，因此

被多数研究者所采用。为了减少高次谐波和互

感电动势，定子绕组选择用双层和短距绕组，实

现方式与常规异步电机无异。设计无刷双馈电

机样机定子尺寸如表１所示。

表１

无刷双馈电机定子结构参数

参数

数值

参数

数值

定子槽数

７２

内径／ｒｎｍ

２８５

外径／ｍｍ

４００

铁心长／ｍｍ

２２５

中心高／ｍｍ

２５０

功率（控制）绕组层数

２

极数

１２／８

气隙长度／ｍｍ

０．５

图２显示了双层定子绕组的槽电动势星形

图。为减少制造成本，定子铁心选用现成的Ｙ系

列电机的定子冲片，相对于传统的异步电机，产生

相同的功率，定子内径约需扩大３０％。

１０ ２２ ３４４６ ５８ ７０

３３ ４５ ５７ ６９

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３１５ ２７ ３９

４ １６２８ ４０ ５２ ６４

（ａ）功率绕组（１２极）

万方数据