無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及電機在獨立發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

房俊生 張衛(wèi)冬

摘要：針對其特點，本章介紹了繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機的獨立發(fā)電系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)和需要解決的主要問題。并討論了在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，處理無刷雙饋電機控制問題時面臨的主要挑戰(zhàn)。為了克服這些問題，需要獨立操作無刷雙饋線?；诖藢﹄姍C的數(shù)學(xué)模型、功率流和運行性能進行了充分的推斷和分析。

關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機;電機;系統(tǒng)

前言

無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，與有刷雙饋電機相比，省去了有刷滑環(huán)裝置運行速度范圍寬。同時無刷雙饋電具有使用壽命長、制造成本低和很高的可靠性等優(yōu)點。

一、無刷雙饋獨立發(fā)電系統(tǒng)概念

無刷雙饋電機在獨立發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，但由于電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的控制帶來了很大的問題，同時獨立開發(fā)的情況不同于并網(wǎng)式的情況，因此必須實現(xiàn)控制來更好的促進無刷雙饋獨立發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

二、無刷雙電機的特點及研究現(xiàn)狀

1.無刷雙電機的特點

無刷雙電機獨立于負載轉(zhuǎn)矩，同時電機具有很強的機械性能，因此可以提高速度控制系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)。無刷電機還有一個特點就是無刷電機可以進行調(diào)速，電機是即可輕松實現(xiàn)自啟動異步同步和雙饋電等多種工作方式，從而兼具良好的啟動特性和良好的驅(qū)動性能。無刷電機是一種很好發(fā)展前景的產(chǎn)品，因此要大力促進無刷電機的應(yīng)用。

2.無刷雙電機研究現(xiàn)狀

無刷雙電機源于兩臺感應(yīng)電機的級聯(lián)，此類電機系統(tǒng)的深入研究始于1970年代后期。在無刷雙電機性能仿真研究領(lǐng)域?qū)W者們做了很多。傳統(tǒng)無刷雙電機的數(shù)學(xué)模型大多是基于dq-0生物標(biāo)志物系統(tǒng)。由于精度不夠，無刷雙電機調(diào)速系統(tǒng)的研究在模仿上存在一定的困難。盡管近20年來國內(nèi)外許多學(xué)者在無刷雙饋電機的分析研究方面有進展，發(fā)表了多篇相關(guān)論文，開展了大量的研究工作。但是無刷雙饋電機的發(fā)展水平稍有落后。國內(nèi)一些高校和科研院所對這些電機進行了研究并取得了一定的成果，但總的來說國內(nèi)的無刷雙電機研究還處于基礎(chǔ)研究階段。

三、無刷雙饋獨立發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

選用極對數(shù)少的定子繞組作為動力繞組時無刷雙電源發(fā)電機的空載電流與并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)類似，網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是維持直流母線應(yīng)用、電壓穩(wěn)定和無功功率調(diào)節(jié)。此外，通常將一系列電解電容器并聯(lián)連接到直流母線進行能量儲備。在系統(tǒng)運行的早期階段，電解電容器由備用電源（例如電池）充電，它可以提供原始的振動力。

極對數(shù)的選擇。機架尺寸繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機有：p1=1 和 p2=3 或 p1=3 和 p2=1。因此必須需要先討論一下。首先，應(yīng)選用極對數(shù)少的定子繞組作為動力繞組時無刷雙電源發(fā)電機的空載電流比較小，相反，靜態(tài)電流比較大。同時在控制繞組的場速和旋轉(zhuǎn)場速之間，功率繞組的頻率在測試冬季期間應(yīng)保持在獨立發(fā)電系統(tǒng)中。這時候按照無刷雙饋線電機的工作原理，電機將不能正常的產(chǎn)生電能。相反，如果 p=1，p2=3，出現(xiàn)這種極端情況與之前電機的正對組合相比，無疑僅在 3000 r/min 時，正常工作速度范圍大大提高。綜上所述，無刷雙饋電機選擇極對組合時必須加上裝置的調(diào)速范圍和損耗。因此出于考慮，本文使用的實驗原型和模擬是 p1=1 和 p2=3 的極對組合。

四、需要解決的主要問題

無刷雙饋電機的商業(yè)應(yīng)用尚未完全實現(xiàn)，部分原因是電機控制的復(fù)雜性，電機控制的復(fù)雜性主要是由于無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此研究人員需要解決有刷雙電機不間斷電源系統(tǒng)的問題。

五、無刷雙饋獨立發(fā)電系統(tǒng)控制方法

獨立于發(fā)電系統(tǒng)運行的無刷雙龍頭發(fā)電機是唯一的發(fā)電單元。在這些運行條件下，無法使用典型的風(fēng)力渦輪機類型的電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法。

六、無刷雙電機的結(jié)構(gòu)特點

1.定子結(jié)構(gòu)

無刷雙電機的定子繞組可以由一組或兩組相互絕緣的繞組組成，可以減少銅損降低漏抗，所以無刷雙饋電機通常使用兩組定子繞組。成對繞組（即控制口）當(dāng)控制口通電時，工頻電源中不會產(chǎn)生額外的電流，同樣需要P極對旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電位，而且 P極對繞組的出線端之間不得有電位差，以免定子繞組的磁場在精確控制無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)速，要求同時達到兩個電源相互獨立的目的和無動力的目的從而可以直接傳輸。同時無刷雙饋電機在正常運行過程中，如果P、P匹配不當(dāng)，就會出現(xiàn)磁吸不平衡。

2.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

在確定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和極數(shù)時，轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇很重要。在異步電動機中，定子槽與轉(zhuǎn)子槽相交匹配，可以避免因齒槽效應(yīng)引起的低速轉(zhuǎn)矩脈動。在運行過程中同步增加的扭矩和電機的過度振動和噪音。

七、無刷雙饋電機的應(yīng)用前景

1.無刷雙饋電機在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

如今，電力電子設(shè)備的價格比10年前要高很多，這說明該節(jié)能技術(shù)具有良好的市場前景。然而，目前存在的主要問題是交流變頻高速轉(zhuǎn)換器的成本還是比較高的，尤其是在高壓、大容量的電機調(diào)速系統(tǒng)中變流器造價相對昂貴，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此阻礙了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。對于高壓大容量電機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的頻率調(diào)制，可以直接使用高壓變頻器。除了轉(zhuǎn)換器電壓過低外，還存在不可靠、成本高的問題，因此系統(tǒng)中使用的轉(zhuǎn)換器是首選。同時采用無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計，可以實現(xiàn)電機的兩個電口。高壓低壓的特殊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了通過低壓端口控制電機轉(zhuǎn)速的目的。高壓電源和電機的控制繞組由低壓變流器供電，也可以實現(xiàn)控制繞組。雙向能量流動降低了整個速度控制系統(tǒng)的成本，在設(shè)備出現(xiàn)故障時，無刷雙饋電機也可以通過自動開關(guān)切換到異步運行模式，讓電機恒速運行。無刷雙進給電機無需停機，也提高了系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，因此無刷雙饋電機在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用前景廣闊。

結(jié)束語

本章對無刷雙饋獨立發(fā)電系統(tǒng)進行了理論分析和實驗研究，重點研究了獨立發(fā)電系統(tǒng)。討論了電力系統(tǒng)在發(fā)電中的實際應(yīng)用，并得出以下結(jié)論：無刷雙電機雖然電磁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是無刷雙電機具有一定的應(yīng)用潛力。在電力系統(tǒng)或風(fēng)電系統(tǒng)等情況下，在實際應(yīng)用中還有一些問題需要解決，因此可能出現(xiàn)的任何問題都應(yīng)在后續(xù)工作中發(fā)現(xiàn)并及時的進行解決。

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