無(wú)刷雙饋電機(jī)ppt課件

無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率分析 無(wú)刷雙饋電機(jī) BrushlessDoubly FedMachine BDFM 作為近年發(fā)展起來(lái)的一種新型交流調(diào)速電機(jī) 它由兩套相互獨(dú)立的定子繞組 功率繞組和控制繞組 和特殊結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子組成 利用可逆變頻器調(diào)節(jié)控制繞組的電源頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)BDFM的轉(zhuǎn)速控制 BDFM具有無(wú)電刷 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固 變頻器容量小 功率因數(shù)可控制 運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn) 是傳統(tǒng)交 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者 在大型水泵 風(fēng)機(jī)調(diào)速和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景 無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展歷史 BDFM由級(jí)聯(lián)異步電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái) 級(jí)聯(lián)式雙饋電機(jī)由兩臺(tái)同軸串級(jí)而成 如圖1所示 它是由兩臺(tái)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)同軸串級(jí)連接而構(gòu)成 具有兩套磁路彼此無(wú)關(guān)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組 控制繞組由變頻電源供電 功率繞組直接由電網(wǎng)供電 改變控制繞組的供電頻率就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度 上世紀(jì)初Hunt和后來(lái)的Wallace等人在此基礎(chǔ)上 提供出在單一鐵心中安放兩套定子繞組的無(wú)刷雙饋電機(jī)模型 如圖2所示 其中功率繞組的極對(duì)數(shù)為Pp 直接連接電網(wǎng) 頻率為fp 控制繞組極對(duì)數(shù)為Pc 由變頻電源供電 頻率為fc 由于定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用合理的設(shè)計(jì) 使得兩套定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)只能通過(guò)轉(zhuǎn)子間接耦合 同時(shí)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換 分別與定子磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)匹配 因此無(wú)刷雙饋電機(jī)的工作原理與級(jí)聯(lián)式電機(jī)的原理相同 無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速分析 電機(jī)在雙饋運(yùn)行時(shí) 定子磁路中同時(shí)存在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 由于電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì) 它們的基波并不交鏈 分別在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 共同維持電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行 具體分析如下 當(dāng)功率繞組電源正相序聯(lián)接 控制繞組通過(guò)變頻器反相序聯(lián)接時(shí) 它們產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反 同步轉(zhuǎn)速見(jiàn)圖3 a a 反相序 1 2 設(shè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是 則這兩個(gè)定子磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率分別為 3 4 它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流在電機(jī)磁路中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 5 而相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速是 它與功率繞組電流建立的磁場(chǎng)同步 因此 它們相互作用會(huì)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩 同時(shí) 頻率為的電流 也會(huì)通過(guò)與功率繞組極數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 它產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 6 它與功率繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用也會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 若得到恒定的電磁轉(zhuǎn)矩 這兩個(gè)磁場(chǎng)必須同步旋轉(zhuǎn) 比較式 5 和 6 轉(zhuǎn)子電流頻率必須相等 即 當(dāng)頻率為的電流 通過(guò)與功率繞組極數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時(shí) 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 7 同理 頻率為和的電流也會(huì)通過(guò)與控制繞組極數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 只有在滿足式 7 的條件下 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與控制繞組電流建立的磁場(chǎng)才會(huì)同步 相互作用產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩 從而維持電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行 因此 聯(lián)立解式 1 4 7 可得電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速 8 當(dāng)功率繞組電源正相序連接 控制繞組通過(guò)變頻器也正相序聯(lián)接時(shí) 同理可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 可見(jiàn) 當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)時(shí) 通過(guò)調(diào)節(jié)控制繞組的頻率 可以很方便的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 當(dāng) 0時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速稱為自然同步轉(zhuǎn)速 低于自然同步轉(zhuǎn)速時(shí) 稱為亞同步調(diào)速 高于自然同步轉(zhuǎn)速時(shí)稱超同步調(diào)速 9 無(wú)刷雙饋電機(jī)的功率分析 電機(jī)在雙饋運(yùn)行時(shí) 功率繞組和控制繞組都會(huì)為負(fù)載提供電磁功率 此時(shí) 電機(jī)的等效電路如圖4 其中參數(shù)下標(biāo)為p的電路是功率繞組對(duì)應(yīng)的定子等效電路 下標(biāo)為c的是控制繞組對(duì)應(yīng)的定子等效電路 參數(shù)下標(biāo)為s的部分是沒(méi)有經(jīng)過(guò)折算的轉(zhuǎn)子實(shí)際等效電路 分析轉(zhuǎn)子等效電路 功率繞組通過(guò)氣隙傳遞給轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率為 10 控制繞組提供給轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率為 12 轉(zhuǎn)子回路的功率平衡方程為 11 由于此時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗相對(duì)很小 為了分析方便將其忽略 式 12 簡(jiǎn)化為 13 由式 13 可知 功率繞組和控制繞組提供轉(zhuǎn)差功率大小相等 而功率流向相反 它們互相平衡 即 14 根據(jù)轉(zhuǎn)差功率與電磁功率的關(guān)系 可以求出功率繞組和控制繞組提供的電磁功率分別為 15 16 兩個(gè)繞組通過(guò)氣隙傳遞的總電磁功率為 17 忽略轉(zhuǎn)子銅耗和空載損耗時(shí) 總的電磁功率全部作為機(jī)械功率輸出 即 18 當(dāng)負(fù)載不變時(shí) 功率繞組和控制繞組電磁功率的分配關(guān)系為 19 20 聯(lián)立式 8 9 和轉(zhuǎn)差率的定義 可以解得功率繞組和控制繞組的轉(zhuǎn)差率分別為 22 21 功率繞組和控制繞組電源同相序時(shí) 式 21 22 中取負(fù)號(hào) 反之取正號(hào) 23 24 由式 23 24 可知 定子繞組提供的電磁功率與電源頻率成正比 如果電機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 它在啟動(dòng)時(shí) 功率繞組和控制繞組電源頻率相等 此時(shí)功率繞組提供的電磁功率達(dá)到最大值 變頻器的容量將較大 為了降低控制繞組變頻器的容量 該電機(jī)適合拖動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載 變頻器的容量可以根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)