徑向疊片磁阻轉子無刷雙饋電機有限元分析
張千，劉慧娟，趙錚
(北京交通大學，北京100044)
摘要：利用 ansoft軟件，對新型徑向疊片磁阻轉子的無刷雙饋電機的電磁場進行了有限元計算，計算出了電機同步運行時的電磁轉矩性能曲線，得到了實現****電磁轉矩控制的相位角關系和氣隙磁密分布，為電機的優化設計和****控制提供了理論指導。
關鍵詞：無刷雙饋電機；有限元；ansoft；電磁場；徑向疊片；磁阻轉子
中圖分類號：tm343 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0018—03
0引言
風能的開發利用已經成為世界各國研究的熱點。變速恒頻的風力發電系統作為一種高效的風電能量轉換系統，得到了廣泛應用。無刷雙饋電機(以下簡稱bdfm)是一種適合變速恒頻發電系統的新型交流電機，其系統結構簡單，轉子上沒有電刷和滑環，實現了無刷化，電機具有較高的可靠性，并且在運行過程中能靈活地調節電機的有功功率和無功功率。
bdfm常用的轉子有磁阻型轉子和籠型轉子兩大類，國外已有很多學者對兩種轉子結構的bdfm進行過相關研究，國內對籠型轉子的bdfm有不少研究，對磁阻轉子的bdfm則研究得較少。本文以一種4／6極、新型徑向疊片磁阻轉子結構的bdfm為例，利用ansofl軟件對實際樣機進行建模，將電機磁路的非線性用實際材料的b—h曲線考慮，計算了電機的磁場分布，電機的電磁轉矩特性曲線以及產生****電磁轉矩的條件，為電機的優化設計和實際控制提供了理論指導。
1 bdfm基本原理
bdfm的結構示意圖如圖1所示。定子上有兩套正弦分布交流繞組，其中一套繞組的極對數為p，與電網相連接，常稱為功率繞組；另一套繞組的極對數為g，經過取向整流逆變器連接到電網，常稱為控制繞組。
磁阻轉子的作用是調制定子磁動勢產生的氣隙磁通，從而實現機電能量轉換。本文所采用的磁阻轉子是由薄硅鋼片徑向疊片構成，稱為徑向疊片的磁阻轉子，圖2為轉子沖片示意圖。該轉子結構不同于文獻[1]的軸向疊片磁阻轉子(簡稱為ala磁阻轉子)，與ala磁阻轉子相比，其制作工藝相對簡單，由于硅鋼片的疊壓方式與傳統電機相同。因此該
轉子能減小渦流損耗，可提高電機效率。
當在功率繞組(p對極)和控制繞組(q對極)中分別通入頻率為f 1和f 2的三相對稱正弦交流電流時，在氣隙中將產生兩個旋轉轉速分別為ω1m=  墜的磁動勢波，當電機轉子極數pr滿足pr=p+q的約束、且電機轉速ωr與兩定子繞組電流頻率f 1,f 2滿足下式的約束條件： 式中，當功率繞組(p對極)和控制繞組(q對極)電流相序相同時取“+”，當相序相反時取“一”。
在p和q對極繞組產生的速度感應電動勢頻率與各自繞組的電流頻率相同，才能在電機內部產生穩定的電磁轉矩，從而實現機電能量的轉換[2]。
bdfm有多種運行方式：電機的功率繞組直接連接到電網，若控制繞組加直流勵磁(f 2=0)，則電機運行在同步狀態，同步轉速為圖若電機  的控制繞組由變頻電源供電時，即bdfm的雙饋調逮運行方式，當控制繞組與功率繞組相序相反時，轉速  小于同步轉速，電機運行在亞同步狀態；當控制繞組與功率繞組相序相同時，轉速  大于同步轉速，電機運行在超同步狀態。
從式(1)可知，當電機轉速ωr變化時，可以通過調節控制繞組(q對極)的電流頻率f2，使功率繞組的頻率保持為工不變，實現變速恒頻發電運行。同時，當電機運行于電動狀態時，可通過調節控制繞組的電流頻率f2，實現電機的變速驅動。
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