單繞組多相無(wú)軸承電機(jī)的研究.pdf

1、隨著電力電子器件與技術(shù)發(fā)展，多相功率變換器得以實(shí)現(xiàn)，這才使電機(jī)擺脫電網(wǎng)相數(shù)的限制。從而，電機(jī)的相數(shù)在現(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中成為了一個(gè)新的自由度。與3相電機(jī)相比，多相電機(jī)（相數(shù)n>3）不僅易于通過(guò)低壓器件實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)，還具有更高的可靠性。多相電機(jī)在船舶推進(jìn)、機(jī)車(chē)牽引和航天電氣等領(lǐng)域引起人們的廣泛興趣。 本文對(duì)多相電機(jī)理論和多相電機(jī)多自由度的利用等方面展開(kāi)研究，全文的主要內(nèi)容如下： 磁動(dòng)勢(shì)分析是深入了解多相電機(jī)特性的手段。基于

2、繞組函數(shù)理論分析了通用的多相系統(tǒng)的磁動(dòng)勢(shì)分布，建立了多相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型；從這兩個(gè)角度分析闡述了各種不同繞組結(jié)構(gòu)多相電機(jī)的特性。 詳細(xì)闡述了多相電機(jī)的多自由度特性，一臺(tái)多相電機(jī)（相數(shù)n>5）具有多個(gè)正交平面，各個(gè)正交平面內(nèi)的電流可以以不同的方式利用。 以15相集中整距繞組異步電機(jī)為例，各次諧波被用來(lái)改善磁場(chǎng)分布。分析了諧波的注入對(duì)磁密影響，氣隙磁密優(yōu)化成平頂波形以充分利用鐵心；分別探討了電壓源供電和磁場(chǎng)定向控制時(shí)如何得到

3、期望的氣隙磁密波形；在相同的齒、軛部磁密幅值和定子銅耗下分別比較了正弦供電和非正弦供電時(shí)電機(jī)性能，并揭示了注入諧波后電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率密度得到提高的原因以及磁密波形的優(yōu)化。 無(wú)軸承電機(jī)通常在定子中嵌入兩套3相繞組，一套用作轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，另一套用于懸浮。本文將多相電機(jī)的多控制自由度理論與無(wú)軸承電機(jī)的懸浮原理相結(jié)合，提出單繞組多相無(wú)軸承電機(jī)模型即利用一套多相繞組實(shí)現(xiàn)無(wú)軸承電機(jī)，通過(guò)通入兩組不同相位差的電流來(lái)產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)，換言之，這兩組電流

4、分別映射到多相系統(tǒng)中不同的平面，一個(gè)平面用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩而另一個(gè)平面用作懸浮，從而將多相電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)引入到無(wú)軸承電機(jī)中來(lái)。利用改進(jìn)的繞組函數(shù)法計(jì)算了氣隙偏心時(shí)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下多相系統(tǒng)的電感矩陣，并由此推導(dǎo)了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。利用虛位移法推導(dǎo)了徑向力解析模型，并通過(guò)有限元法驗(yàn)證；借鑒雙繞組無(wú)軸承電機(jī)的控制思路設(shè)計(jì)了單繞組多相無(wú)軸承電機(jī)磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)；對(duì)單繞組多相無(wú)軸承電機(jī)的相數(shù)的選擇、繞組結(jié)構(gòu)和定子銅耗分析等問(wèn)題進(jìn)行了分析；搭建了六相無(wú)軸承異步電機(jī)