无刷双馈电机是一种新兴的交流电机,在近年来国内外的发展迅猛。该类型电机的定子绕组由两套极对数不同的绕组构成:一套是与电网直接连接的功率绕组,其极对数为pp;另一套则是在异步运行模式下,可以直接短接或串接附加电阻并连接到交流变频电源的控制绕组,其极对数为pc。
由于这两套绕组的极对数不同,无法直接耦合,必须通过电机转子来间接传递能量。无刷双馈电机不需要使用电刷和集电环,因此能够在恶劣环境下稳定运行。此外,在整个电机系统中,控制绕组与交流变频电源之间只需要处理与频率比有关的“转差功率”,因此可以选择容量较小的变频器与电机匹配,以减少系统的经济成本和工作空间要求。
基于上述优势,无刷双馈电机在船舶轴带发电、风力发电的变速恒频发电领域,以及水泵、风机等负载的变频调速系统领域具有广泛的应用前景。
无刷双馈电机的性能和效率在很大程度上取决于转子与定子两套绕组的极数匹配能力。根据转子结构的不同,它可以分为特殊笼型转子、磁阻式转子、绕线转子以及混合式转子。不论采用哪种转子形式,由于定子绕组包含两套绕组,导致气隙中存在两个不同极对数的基波磁场,这增加了磁场分析的复杂性。
一些学者从理论上分析了笼型转子无刷双馈电机在异步运行模式下的气隙磁场特性,并指出该运行模式下电机能够产生恒定转矩并稳定运行。他们还利用有限元计算软件模拟了气隙磁场波形。然而,这些研究在实验部分仅测量了相关电气参数,未对气隙磁场波形进行实际测试。
其他学者讨论了改进硅钢片材料以优化磁阻式转子无刷双馈电机的方法,实验结果表明,在极数配合为4/6极的电机中,不平衡磁拉力相对于4/8极和8/12极的电机要大。然而,文中未提供相关的理论解释。
还有学者提出了一种混合式转子无刷双馈电机,将磁阻和短路笼条结合在一起,并提供了电机参数的计算方法。研究结果表明,这种电机的耦合能力强于磁障式磁阻转子无刷双馈电机,但其制造成本增加,因为增加耦合能力取决于短路笼条组数和公共笼条层数的增加。
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