径向叠片磁障式转子双馈无刷电机的研究

径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(Radially Laminated Magnetic-BarrierRotor Doubly-Excited Brushless Machine,简称为RLMB-rotor DEBM)是一种新型的交流变速电机,其定子上有两套极数不同的正弦分布交流绕组,一套定子绕组直接与电网连接,另一套定子绕组通过AC/DC/AC双向整流逆变器与电网连接,转子结构简单,采用径向叠片磁障式(RLMB)转子结构,取消了电刷和滑环。该电机可实现异步、同步和双馈多种运行方式,还能实现有功功率和无功功率的独立调节,在各种节能变速驱动系统和各种变速发电系统等方面有着广泛的应用前景。 本文对径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotor DEBM)的相关理论进行研究,主要工作如下: 从解析分析角度出发,引入绕组函数理论,分析了径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotor DEBM)的工作原理,推导出电机内部的各种约束关系,研究了电机内部的机电能量转换机理,建立了电机的解析磁链模型,并应用该模型对各定子绕组的自感与互感、两套定子绕组之间的互感、电机的气隙磁通密度分布、以及电磁转矩等进行了解析计算和分析。 利用有限元理论,建立了径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotorDEBM)的电磁场分析模型,计算了电机的电感参数、气隙磁场的分布、电磁转矩特性和电机的端部特性等,并分析了转子磁路结构和转子极数(即两套定子绕组极数配合)变化对电机磁耦合性能的影响。 根据对径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotor DEBM)电磁过程的分析,并计及两套定子绕组之间的匝数折算、频率折算和极数转换的影响,推导了电机的动态数学模型和动态等效电路。 设计并试制了径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotor DEBM)的实验样机,对样机的各种运行方式进行了相关的实验测试,并将实验结果与电磁场计算结果进行了对比分析。 最后,针对大功率径向叠片磁障式转子双馈无刷电机(RLMB-rotor DEBM)在风力发电系统的应用,利用电磁场分析模型,对内转子型式和外转子型式兆瓦级电机进行了电磁计算。