无刷双馈电机的原理与结构特征

彭　晓

杨向宇

石安乐

陈意军

李永坚

顾飞跃

(1.

湖南工程学院电气与信息工程系

湖南湘潭

411101 ; 2.

华南理工大学电力学院

广东广州

510640)

　　摘　要 : 在交流调速电机中 ,无刷双馈电机是最具发展前景的一种。文章介绍了该种电机的工作原理、

研究现状、

及结构特征 ,对研究该类电机提供了一定理论基础。

关键词 : 无刷双馈 ;电机 ;结构 ;定子 ;转子
中图分类号 : TM301 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 1671 - 119X(2002) 03 - 0001 - 04

　引　言

无刷双馈电机是一种新型的 ,同时具有同步电

机和异步电机特点的交流调速电机 ,其结构和运行
原理与传统的交流电机有较大的差别 ,无刷双馈电
机的定子上具有两套极数不同的对称三组绕组 ,分
别称为功率绕组和控制绕组 ,转子采用笼型或磁阻
型的结构 ,取消了电刷和滑环。通过电机转子的磁
动势谐波或磁导谐波对定子不同极数的旋转磁场进

行调制来实现电机的机电能量转换。如果改变控制

绕组的连接方式及其外加电源的频率、

幅值和相位

可以实现无刷双馈电机的多种运行方式。

　无刷双馈电机的特点及研究现状

无刷双馈电机是在 20 世纪初 Hunt 提出的自级

联感应电机的基础上发展起来 ,一些学者对该类电
机进行了进一步的研究和完善 ,至本世纪 80 年代末

90 年代初发展成为无刷双馈变频调速电机。无刷

双馈变频调速电机与转子接串调或双馈装置的绕线

电机相似 ,可以用较小容量的变频器对较大功率的
电机进行调速 ,特别适合于大功率的风机和泵类负
载的调整 ,是一种很有希望的节能调速方案。

11 　无刷双馈电机的特点

无刷双馈变频调速系统与其他调速系统相比 ,

具有以下突出优点 :1) 通过变频器的功率仅占电动
机总功率的一小部分 ,可以大大降低变频器的容量 ,
从而降低了调速系统的成本 ;2) 功率因数可调 ,可以
提高调速系统的力能指标 ;3) 与有刷双馈和串调系

统相比 ,取消了电刷和滑环 ,提高了系统运行的可靠
性 ;4) 即使在变频器发生故障的情况下 ,电动机仍然
可以运行于感应电动机状态下 ;5) 电机的运行转速
仅与功率绕组和控制绕组的频率及其相序有关 ,而
与负载转矩无关 ,因此电机具有硬的机械特性。

无刷双馈调速电机从根本上解决了无刷化问

题 ,除了无刷可靠外 ,该类电机的另一个特点是兼有
笼型、

绕线式感应电机和电励磁同步电机的共同优

点。通过简单的改变控制绕组的联接与馈电方式 ,
可以方便地实现自起动、

异步同步和双馈等多种运

行方式 ,使其既具有良好的起动特性 ,又具有优良的
运行性能。无刷双馈电机作为变速恒频交流发电
机 ,应用于水力或风力发电系统时 ,可以大大提高发
电系统的可靠性。无刷双馈电机作为交流励磁发电
机 ,可以实现变速恒频恒压运行 ,特别适合于多极低
速水力或风力发电系统。在对无刷双馈电机的研究
取得重大进展和突破之后 ,将其用于抽水蓄能电站
机组以取代绕线式感应电机 ,从而提高电机的运行
可靠性 ,也是无刷双馈电机一个很有发展前景的应
用领域。对该种电机的研究和开发可望有效解决制
约传统交流电机及其调速系统发展的某些关键技术
问题 ,以及水力、

风力发电系统的恒频变速问题。

12 　无刷双馈电机的研究现状

无刷双馈电机源于两台感应电机的串级联接 ,

Brodway 曾为该种电机的研究发展作出了卓越的贡

献 ,对该种电机的系统深入的研究始于七十年代末
期。在近二十几年的时间中 ,美国 Wisconsin 大学、

Ohio 州立大学、

Oregon 州立大学等高等学校和科研

机构对无刷双馈电机进行了较为系统和深入的研

第

卷第

期

2002

年

月

湖南工程学院学报

Journal of Hunan Institute of Engineering

Vo1. 12. No. 3

Sept. 2002

繲

收稿日期

:2002 - 06 - 10

作者简介

彭　晓

(1957 - ) ,

男

教授

研究方向

特种电机设计

电机绕组理论。