新型旋轉整流器式混合勵磁無刷交流同步電機研究.pdf

1、混合勵磁同步電機作為一種新型電機結構形式,內部既有永磁體又有勵磁繞組,可以有效解決永磁電機氣隙磁場調節(jié)困難以及電勵磁電機效率相對較低的問題,具有較大的研究應用價值。與此同時,無刷同步電機由于其可靠性高、維護簡單,在航空、風電等領域有著極為廣泛的應用。因此,探索具有功率密度高、可控性好、運行可靠等優(yōu)點的新型交流變頻無刷同步電機具有重要意義。
　　 本文研究了一種新型切向/徑向磁路并聯(lián)結構的混合勵磁同步電機(Tangential/R

2、adial Hybrid Excitation Synchronous Machine,簡稱T/R-HESM),詳細介紹了該電機的基本結構和工作原理。根據電機特殊的切向/徑向磁路特點,建立了其等效磁路模型,從磁路角度分析了電機的磁場調節(jié)原理。采用有限元分析法,在JMAG-Studio軟件中建立了T/R-HESM的2D有限元模型,仿真獲得了該電機的磁場分布情況及一系列靜態(tài)、動態(tài)特性。結果表明:該電機可方便地實現(xiàn)氣隙磁場的完全調節(jié)與控制,其

3、并聯(lián)磁路能形成顯著的聚磁效應。為了提高T/R-HESM的運行可靠性,拓寬其應用領域,采用旋轉整流器技術對電機進行了無刷化改進。針對T/R-HESM的特殊結構,本文提出了兩級式無刷復勵方案,并對無刷勵磁系統(tǒng)的核心部件勵磁機進行了電磁設計,分別建立了其在空載和帶旋轉整流器兩種情況下的有限元模型,仿真分析了勵磁機的空載特性及電流放大特性,以及旋轉整流器輸入、輸出情況。結果證明無刷勵磁系統(tǒng)完全滿足T/R-HESM的勵磁要求。為了對整個電機系統(tǒng)進

4、行深入的研究,在MATLAB中建立了兩級式電機系統(tǒng)數(shù)學模型,仿真得到了無刷勵磁系統(tǒng)的相關特性,以及兩級式電機的發(fā)電特性,其結果與JMAG-Studio電磁仿真所得是一致的。
　　 最后,設計生產了一臺380V/1.5KW的樣機進行相關實驗研究。分別對主發(fā)電機,勵磁機以及整個兩級式電機系統(tǒng)進行了靜態(tài)、動態(tài)特性試驗。所得實驗結果不僅驗證了T/R-HESM以及勵磁機在理論分析、電磁設計上的合理性以及仿真分析上的正確性,也證明了整個系統(tǒng)