笼型转子无刷双馈电机有限元分析

在阐述无刷双馈电机原理的基础上,推导了其双馈运行时控制绕组的调频范围。在Ansoft/Maxwell环境下建立了回路型、带公共笼条无公共端环和有公共端环三种不同转子结构的无刷双馈电机有限元分析模型,分别对三种不同转子结构BDFM双馈运行状态时控制绕组加不同压频比及相同压频比时的动态特性,以及同步运行状态时控制绕组加不同电压时三种BDFM的动态特性进行仿真,并进行比对分析,为进一步研究无刷双馈电机奠定理论基础。     

不同转子结构无刷双馈电机的运行特性对比

在阐述无刷双馈电机(BDFM)不同转子结构特点的基础上,针对无公共笼条、带公共笼条、带公共笼条公共端环、笼条加磁障、凸极加笼条、ALA磁阻等6种不同转子结构的BDFM,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,通过气隙磁场谐波的频谱分析,比较了不同转子结构对BDFM磁场调制效果的影响.研究了不同转子结构BDFM在单馈异步运行以及双馈同步、亚同步和超同步运行时的转矩与转速动态特性.探讨了在控制绕组频率一定的情况下,控制绕组电压大小对转矩和转速稳定性的影响.通过与相关文献的对比,验证了结果的正确性.研究结果揭示了不同转子结构对BDFM磁场调制效果和动态特性的影响,为BDFM的转子结构优化设计和运行稳定性的深入研究奠定了基础.     

两种不同笼型转子结构无刷双馈电机的稳态运行性能对比

无刷双馈电机(BDFM)在变频调速及风能发电领域具有良好的应用前景。目前,转子磁场调制效果差、运行效率偏低的问题仍然制约着笼型转子BDFM的发展。首先从理论上分析了带公共笼条和公共端环的笼型转子产生的空间谐波磁动势及其影响因素,充分考虑了不同笼型转子结构的特点以及转子各短路环在电磁耦合中的作用。在此基础上,提出了一种混联式笼型转子结构,并通过有限元法对两种不同笼型转子结构BDFM样机的运行性能进行了数值计算与对比分析。最后,成功研制了混联式笼型转子样机,并对两种不同转子结构样机的稳态运行性能进行了对比实验研究。结果表明,混联式笼型转子样机定子绕组空载电流较低,运行效率及功率因数均明显提高,为笼型转子BDFM的发展拓宽了研究思路。     

笼型转子无刷双馈电机异步运行模式的实验研究

无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)通过改变控制绕组的联接与馈电方式,可实现异步、同步、双馈亚同步和超同步等多种不同运行方式。然而,目前尚缺乏对BDFM异步运行模式的详细研究。该文提出了BDFM"单馈异步"和"双馈异步"运行模式的概念,结合笼型转子BDFM的特点,阐述了两种异步运行模式的基本电磁关系,利用有限元分析得到了BDFM样机的气隙磁场波形,从而验证了两种运行模式均能产生恒定电磁转矩。通过对BDFM样机在两种异步运行模式下的有限元分析和实验数据对比,表明BDFM单馈异步运行模式与普通异步电动机的运行特性相类似,在双馈异步运行模式下转速仍满足BDFM的特征,且可通过改变控制绕组外串电阻实现调速运行。研究结果可为进一步深入研究BDFM的运行规律提供参考。     

基于改进转子端环参数计算的深槽笼型异步电动机启动特性仿真分析

为了更为准确分析深槽笼型异步电动机的启动性能，本文在考虑铁芯饱和、导条涡流、绕组端部电阻和电感的基础上，进一步考虑了转子铁芯、转子压圈及平衡环对转子端环电抗参数的影响，以及转子导条伸出铁芯部分对转子端环电阻参数的影响。建立了750kW深槽笼型异步电动机场-路-运动耦合时步有限元模型，对其启动特性进行了全面的仿真分析，分析了电动机在启动过程中电磁场、转子导条涡流的变化情况，计算了电机在启动瞬间的冲击电流和冲击转矩，并将仿真结果与试验值进行对比分析。结果表明：采用本文所提出的基于改进转子端环参数的计算方法和场-路-运动耦合时步有限元模型，得到的深槽笼型异步电动机启动特性的计算结果具有更高的仿真精度，为今后的深槽笼型异步电动机启动性能优化设计、运行维护及保护整定提供有效参考。     

无刷双馈电机运行特性的等效磁网络分析法

无刷双馈电机(BDFM)结构特殊,磁场调制机理复杂,目前尚缺少有效工具可快速而准确地对其运行特性进行分析。为此,根据磁网络的基本概念,结合笼型转子BDFM的结构特点并考虑铁心饱和与转子旋转的影响,阐述了笼型转子BDFM等效磁网络的建模方法;在此基础上,建立了一个笼型转子BDFM样机的动态磁网络模型,利用回路法对其进行求解,进而得到并分析了BD-FM在多种不同工况下的运行特性;最后,将动态磁网络模型的分析结果与有限元分析结果和样机实验数据进行了对比。结果表明,笼型转子BDFM动态磁网络模型在保证准确性的前提下,计算速度与有限元法相比明显提升,为分析笼型转子BDFM的运行特性提供了新思路。     

分段式笼型转子无刷双馈电机的设计与分析

无刷双馈电机(BDFM)在风力发电系统中具有广阔的应用前景。其转子的磁场调制能力优劣直接影响着该类电机的功率密度和效率。基于笼型转子结构提出一种分段式笼型转子结构。介绍了BDFM的拓扑结构和变速恒频发电的基本原理,将几种笼型转子结构的BDFM进行有限元对比分析,深入研究转子导条间隔角度和导条层数对新型转子耦合能力的影响,确定了使得分段式笼型转子具有较强磁场调制能力的结构参数。结果表明:该新型转子结构在保证一定耦合能力的情况下,端部空间利用率更高,电机功率密度更大,且转子结构简单可靠、易于制造。     

鼠笼型异步电动机转子导条型式的选择

0引言 异步电动机主要由定子和转子组成,转子是旋转部件,转子绕组型式有两种：其一是将线圈下线到转子槽内称为绕线转子,其二是转子槽内是铝或铜条及端环组成的短路绕组称为鼠笼型转子。本文讨论的是鼠笼型转子结构与导条型式的选择。导条型式分为两大类：即铸铝转子（将铝铸在转子槽内,并与端环铸成一体,形成短路绕组）和铜条转子（将铜导条下到转子槽内与铜端环焊成整体,形成短路绕组）。由于导条型式的不同,决定了转子结构的不同,对电动机的性能影响也不同,所以应该按使用要求和设计需要合理地选择。     

等距笼型转子无刷双馈电机的有限元分析

针对笼型无刷双馈电机的效率较低的问题进行研究,电机效率与转子磁场极数转换效率和转子漏阻抗参数相关,对转子结构进行优化设计是提高电机性能的根本途径。在分析现有笼型转子的特性基础上,提出等距笼型的新转子结构。新转子具有公共端环和独立叠式转子导体回路,每个转子导体回路的节距相等。利用ANSYS软件对不同笼型转子结构的磁场进行有限元分析,计算出转子磁动势谐波含量和转子漏阻抗参数。结果表明,新转子结构无刷双馈电机的转子电阻和漏电抗小,与定子功率绕组和控制绕组极数相对应的转子谐波磁场含量高,其他高次谐波磁场含量低。     

无刷双馈电机稳定性分析及其影响因素探讨

无刷双馈电机(BDFM)的运行稳定性是影响其推广应用的关键问题之一。通过建立其小信号模型,利用Lyapunov判据,对笼型转子BDFM的稳定性进行了研究。分析并给出了控制绕组恒压频比开环控制策略,进而提出了一种带交叉补偿量的改进控制绕组电流闭环控制策略。在此基础上,探讨了不同控制策略、转速、负载转矩、转动惯量、控制绕组压频比等多种因素对笼型转子BDFM稳定性的影响,并通过Matlab仿真验证了小信号模型的分析结果。结果表明,提出的稳定性分析方法和仿真模型是正确的,改进的控制绕组电流闭环控制策略优于控制绕组恒压频比开环控制策略。     

不同转子结构无刷双馈电机的电磁和动态特性分析

简要介绍了无刷双馈电机(BDFM)的结构特点和工作原理,利用Ansoft/Maxwell建立笼型转子和磁障式磁阻转子的BDFM模型,进行了二维瞬态电磁场有限元计算,得出电机磁力线分布、气隙磁通密度波形,通过对气隙磁通密度波形的谐波频谱分析,得到了磁障式磁阻转子结构具有较好磁场调制效果。研究了由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态的动态响应能力和机械负载突变时的转速转矩变化情况。结果表明磁障式磁阻转子BDFM在由单馈异步牵入自然同步、亚同步和超同步运行状态下,具有较好的动态响应能力,同时在加载时稳定性也较好,为进一步深入研究BDFM转子的优化设计和运行稳定性提供了参考。     

无刷双馈电机全域多工况温度场的分析与计算

为研究无刷双馈电机(BDFM)的温度分布规律,分析了定转子间的热耦合、定子铁心与机壳间安装间隙的处理方法,考虑了导热系数随温度的变化以及散热系数随风速的变化,进而提出了定转子全域温度场计算模型。用有限元法计算了BDFM二维稳态和暂态温度场,揭示了不同结构和运行工况下BDFM的温度分布规律。结果表明,最高温度出现在接线盒附近的定子控制绕组;在控制绕组电流频率一定的情况下,增加散热翅高度、提高散热翅风速、减小负载转矩、降低控制绕组电压,可降低温升;采用控制绕组恒压频比控制策略,BDFM在双馈亚同步运行时的温升高于在双馈超同步运行时的温升,而在单馈异步运行和双馈同步运行时,温升明显降低。相似结构感应电机的温度实测数据验证了计算模型的正确性。     

无刷双馈电机笼型转子结构对磁场调制的影响

无刷双馈电机具有优越的调速性能,且能够运行于变速恒频发电状态,因此在节能调速以及风力发电领域具有很好的应用前景,但其结构和原理比较复杂.为了研究不同笼型转子结构对无刷双馈电机磁场调制作用的影响,从交流电机的基本电磁关系出发,首先分析了定子功率绕组与控制绕组产生的磁动势和气隙磁密,进而导出了转子笼条的感应电动势、电流和磁动势,在此基础上,用实例说明了笼型结构转子磁动势的特点及其对磁场调制作用的影响,最后用有限元计算对理论分析结果进行了验证.理论分析和仿真结果表明,对磁场调制起主要作用的是笼型转子靠近公共笼条的短路环,通过调整转子短路环分布可以增强有效谐波、削弱无用谐波,由此对笼型转子结构进行优化设计.     

无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力分析

笼型转子无刷双馈电机(BDFM)由于其简单且特殊的转子结构,使得转子磁场谐波含量大,直接影响转子的磁场调制能力。从电机内部磁场入手,提出了一种快速计算BDFM转子磁场的方法,分析了转子磁场与转子短路环个数及短路环分布的关系。以短路环个数及短路环分布跨距为参数,建立MATLAB计算程序对转子磁场调制能力进行分析,研究了转子的极限调制能力。最后,通过Flux电磁场有限元分析软件建立电机模型并对所提方法进行了验证。研究结果有助于优化转子结构设计。     

鼠笼型异步电动机转子笼条和端环起动温升的计算

电动机转子绕组的起动温升是在进行电机设计时的一个重要参数.本文介绍鼠笼型异步电动机转子笼条和端环起动温升的计算方法.     

新型绕线式转子结构无刷双馈电机的磁场调制机理分析

介绍了一种转子绕组绕线式结构的无刷双馈电机磁场调制原理,分析了电机定子2P和2C极绕组及其在转子绕组中产生磁动势,推导出电机稳定运行条件。对特殊笼形、磁阻式转子结构磁场调制机理也作了介绍,对不同转子结构调制原理进行了对比。     

大功率高速鼠笼型异步电动机的设计问题

本文阐述了近年来国内外大型高速鼠笼型异步电动机的概况和发展趋势。分析了异步电动机起动过程中,转子发热、温升和应力分布。讨论了高速异步电动机鼠笼转子事故的原因和转子导条、端环和护环等结构,并提出了关于大型高速铸铝鼠笼转子电机的看法。文章还探讨了高速电机的通风冷却系统及解决拖动大GD~2负荷的办法。     

绕线型无刷双馈电机的绕组设计

对BDFM来说,绕线转子是比较新颖的一种。利用单极和双极槽号相位图对绕线型BDFM的定子和转子绕组进行了具体的设计并对其中的环流进行了具体的分析。实践证明使用此方法设计的绕线型BDFM的单套和双套绕组方案,能保证绕组各支路感应电势相等以及其他电气性能要求,从而保证了绕线型无刷双馈电机的运行性能及可靠性,对无剧双馈电机的设计有一定的指导意义。     

谐波起动的新型电动机的研究

本文提出一种利用谐波起动交流电动机的新方法,并提出按该方法起动的绕线转子导步电动机、笼型异步电动机和隐极式同步电动机。用本方法起动时,要改变电机定子绕组联结法而产生很强的谐波磁场,依靠该谐波磁场和特殊设计的转子绕组相配合而改善起动性能。本文提出的三种新型电动机的共同特点是能设计成起动转矩大、起动电流小、可全电压起动的,对于绕线转子异步电动机,由于取消了转子上的电刷、滑环,转子上没有任何电的触点,因而提高了起动和运行的可靠性;对于笼型异步电动机,可提高其运行时的效率和功率因数;对于隐极式同步电动机,可使起动时容易牵入同步,并可取消为起动而装干转子上的阻尼笼。     

减少异步电动机故障的新型鼠笼设计

鼠笼型异步电动机的故障,多半由定子绕组引起,但根源也许在鼠笼转子上,一个常见的原因,是笼条上与端环内侧边缘对齐的地方产生裂纹,如图1所示。