薛 冰

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，蘇州 215163)

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深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性研究

薛 冰

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，蘇州 215163)

通過(guò)深槽加工優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)的普通凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，得到了深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)。對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子和深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真，得到了從單饋異步運(yùn)行方式牽入到同步、亞同步和超同步運(yùn)行方式的過(guò)渡過(guò)程以及從空載到負(fù)載運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形。經(jīng)過(guò)優(yōu)化前后對(duì)比分析，驗(yàn)證了深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。

無(wú)刷雙饋電機(jī)；深槽式凸極轉(zhuǎn)子；動(dòng)態(tài)特性

0 引 言

無(wú)刷雙饋電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)BDFM)是一種結(jié)構(gòu)特殊的電機(jī)，近些年許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，由于其具有優(yōu)良的機(jī)械特性和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，在許多領(lǐng)域都有很好的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用潛力。但常見(jiàn)的BDFM轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)調(diào)制能力不高,使得BDFM運(yùn)行效果不好[1]。因而，對(duì)常見(jiàn)的BDFM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其動(dòng)態(tài)特性以及運(yùn)行效率顯得尤為重要。

常見(jiàn)的凸極轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)調(diào)制效果差，導(dǎo)致其動(dòng)態(tài)運(yùn)行能力弱，影響電機(jī)效率和性能。通過(guò)參考磁障式磁阻轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)加工深槽優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)的普通凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可得到深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)。后又在深槽中嵌入導(dǎo)條以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化其磁場(chǎng)調(diào)制能力和動(dòng)態(tài)特性的目的，最后通過(guò)Ansoft有限元仿真軟件對(duì)凸極轉(zhuǎn)子、深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM的3種過(guò)渡過(guò)程的牽入特性，以及從空載到負(fù)載運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真，比較優(yōu)化改進(jìn)前后轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性能力。

本文通過(guò)對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子和深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真，得到了從單饋異步運(yùn)行方式牽入到同步、亞同步和超同步運(yùn)行方式的過(guò)渡過(guò)程以及從空載到負(fù)載運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，驗(yàn)證了深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。

1 無(wú)刷雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，BDFM結(jié)構(gòu)為一個(gè)放置有兩組極數(shù)各異互為冗余的三相繞組的定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，互為冗余的三相繞組分別為與變頻電源連接的控制繞組以及與工頻電源連接的功率繞組[2]。

圖1 無(wú)刷雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)功率和控制繞組極對(duì)數(shù)一定時(shí)，BDFM轉(zhuǎn)速控制可通過(guò)調(diào)節(jié)控制繞組的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)速表達(dá)式：

(1)

式中：fp代表功率側(cè)頻率；fc代表控制側(cè)頻率；pp代表功率側(cè)極對(duì)數(shù)；pc代表控制側(cè)極對(duì)數(shù)；“-”代表控制側(cè)與功率側(cè)的基波磁勢(shì)反向； “+”表示功率繞組與控制繞組的基波磁勢(shì)同向。

2 深槽式凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)BDFM的基本結(jié)構(gòu)和原理可知，定子兩套繞組之間耦合能力取決于特殊的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，耦合能力的好壞也直接決定電機(jī)效率的高低和性能的優(yōu)劣。普通凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的凸極間磁阻效應(yīng)不強(qiáng)，隔磁效果不理想，磁通在上面的流通方向不規(guī)則，具有很大的不確定性，所以此結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁耦合能力弱，動(dòng)態(tài)特性差。

本文把通過(guò)參考磁障式磁阻轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)加工深槽優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)的普通凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，得到了深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)，深槽為高磁阻率材料，在凸極表面加工pr個(gè)深槽，通過(guò)高磁阻深槽式凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 深槽式凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

為了進(jìn)一步提高深槽式凸極轉(zhuǎn)子限制諧波磁通路徑的能力，增高其磁場(chǎng)極數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換效率與動(dòng)態(tài)特性，參考環(huán)狀籠型轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)靈感，在深槽內(nèi)加短路導(dǎo)條，當(dāng)無(wú)效諧波磁場(chǎng)通過(guò)短路導(dǎo)條時(shí)，會(huì)形成感應(yīng)電流生成逆向磁通阻擋有害諧波磁通，更有效的加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子磁耦合效果。不過(guò)嵌入的短路導(dǎo)條因有電流通過(guò)會(huì)發(fā)熱耗能，以及加工復(fù)雜度與成本也相對(duì)較高。

3 深槽式凸極轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性研究

改變控制繞組的饋電方式，可以使BDFM工作在同步、亞同步、超同步3種運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論需要它工作在哪種狀態(tài)，都需要從自起動(dòng)與異步運(yùn)行方式過(guò)渡到上述3種狀態(tài)，即從單饋異步運(yùn)行方式牽入到同步運(yùn)行方式、從單饋異步運(yùn)行方式牽入到亞同步運(yùn)行方式和從單饋異步運(yùn)行方式牽入到超同步運(yùn)行方式，其牽入能力的好壞對(duì)BDFM能否穩(wěn)定快速過(guò)渡到不同運(yùn)行狀態(tài)影響很大，因此本文就對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子、深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM的3種過(guò)渡過(guò)程的牽入特性以及從空載到負(fù)載運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真對(duì)比研究。

首先對(duì)同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真研究。利用Ansoft軟件自帶的MaxwellCircuitEditor外電路編輯器建立勵(lì)磁電源并一鍵導(dǎo)入Maxwell2D進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性仿真計(jì)算。其中求解時(shí)間為2.5s，求解步長(zhǎng)為0.002s，功率繞組接380V、50Hz正弦交流電源， 0～1s將控制繞組短路，進(jìn)行空載異步啟動(dòng)，1s時(shí)給控制繞組接20V直流電源，從單饋異步運(yùn)行方式牽入到同步運(yùn)行方式，在1.9s時(shí)加40N·m負(fù)載，進(jìn)行負(fù)載同步運(yùn)行。

由圖3～圖5可知，3種轉(zhuǎn)子BDFM都具備單饋異步自啟動(dòng)能力，啟動(dòng)特性與常規(guī)交流電機(jī)相類(lèi)似，其中普通凸極轉(zhuǎn)子空載啟動(dòng)時(shí)間大約是0.9s，深槽式凸極轉(zhuǎn)子大約是0.6s，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，啟動(dòng)時(shí)間最短，大約是0.23s，啟動(dòng)結(jié)束后，進(jìn)入單饋異步運(yùn)行狀態(tài)，由于沒(méi)加負(fù)載，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定運(yùn)行在750r/min。在1s給控制繞組接直流電，此時(shí)3種轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都有一定的波動(dòng)，其中普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度最大，在1.5s左右轉(zhuǎn)速被平穩(wěn)的牽入到同步轉(zhuǎn)速750r/min，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度較普通凸極轉(zhuǎn)子小，在1.32s左右轉(zhuǎn)速被平穩(wěn)的牽入到同步轉(zhuǎn)速750r/min，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度最小，在1.27s左右就能很快牽入到同步轉(zhuǎn)速750r/min穩(wěn)定運(yùn)行。在1.9s時(shí)加40N·m負(fù)載，除了普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)稍微大一些，重新恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速的時(shí)間稍長(zhǎng)些，深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)都很小，能很快的恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)速維持750r/min不變，轉(zhuǎn)矩被牽到40N·m，其同步運(yùn)行特性和電勵(lì)磁同步電機(jī)相類(lèi)似?？梢钥闯?，在異步啟動(dòng)上，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最小，啟動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM次之，深槽加導(dǎo)式凸極轉(zhuǎn)子BDFM啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，啟動(dòng)時(shí)間最短；從單饋異步牽入到同步運(yùn)行方式，深槽加導(dǎo)式凸極轉(zhuǎn)子BDFM動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力最好，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM次之，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM最差；機(jī)械負(fù)載變化穩(wěn)定性方面，深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM都較理想，而普通凸極轉(zhuǎn)子較之差一些。

(a)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)(b)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)

圖3 凸極轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行

圖4 深槽式凸極轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行

圖5 深槽加導(dǎo)條凸極轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行

可見(jiàn)，普通凸極轉(zhuǎn)子通過(guò)改進(jìn)加深槽后，在異步啟動(dòng)和同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性上都有了一定的提高，總體上而言，3種轉(zhuǎn)子BDFM的同步運(yùn)行特性很理想，另外，3種轉(zhuǎn)子在同步運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速大小與式(1)的計(jì)算結(jié)果相一致，即也說(shuō)明了上述3種轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性的仿真結(jié)果都是正確的。

下面對(duì)亞同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，其中深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子求解時(shí)間為2.5 s，求解步長(zhǎng)為0.002 s，功率繞組接380 V、50 Hz正弦交流電源，0～1 s將控制繞組短路，進(jìn)行空載異步啟動(dòng)，1 s時(shí)給控制繞組接60 V、10 Hz反向序交流電源，從單饋異步運(yùn)行牽入到亞同步運(yùn)行方式，在1.9 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，進(jìn)行負(fù)載亞同步運(yùn)行；普通凸極轉(zhuǎn)子除了求解時(shí)間為3 s，在2.2 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，進(jìn)行負(fù)載亞同步運(yùn)行外，其余求解條件不變。

由圖6～圖8可知，3種轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過(guò)程和同步運(yùn)行時(shí)一樣，最后穩(wěn)定運(yùn)行在750 r/min的空載轉(zhuǎn)速上。在1 s時(shí)給控制繞組接60 V、10 Hz反向序交流電源，此時(shí)3種轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都有不同程度的波動(dòng)，其中普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度最大，在1.95 s左右轉(zhuǎn)速被順利牽入到600 r/min，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度較普通凸極轉(zhuǎn)子小，在1.65 s左右轉(zhuǎn)速被順利的牽入到600 r/min，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度最小，在1.5 s左右就能很快的順利牽入到轉(zhuǎn)速600 r/min。深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子在1.9 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，而普通凸極轉(zhuǎn)子在2.2 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，3種轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅值差不多大，其中普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM經(jīng)過(guò)0.6 s調(diào)整后在2.8 s左右重新恢復(fù)到轉(zhuǎn)速600 r/min，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM經(jīng)過(guò)0.45 s調(diào)整后在2.35 s左右重新恢復(fù)到轉(zhuǎn)速600 r/min，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM經(jīng)過(guò)0.4 s調(diào)整后大約在2.3 s重新恢復(fù)到轉(zhuǎn)速600 r/min，轉(zhuǎn)矩都被牽到40 N·m，在帶載的情況下，依然維持轉(zhuǎn)速不變，體現(xiàn)了較硬的機(jī)械特性?？梢钥闯?，從單饋異步牽入到亞同步運(yùn)行方式，深槽加導(dǎo)式凸極轉(zhuǎn)子BDFM動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力最好，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM次之，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM最差；機(jī)械負(fù)載變化穩(wěn)定性方面，3種轉(zhuǎn)子波動(dòng)幅度差不多，只是普通凸極轉(zhuǎn)子較另兩個(gè)轉(zhuǎn)子調(diào)整恢復(fù)到轉(zhuǎn)速600 r/min的時(shí)間較長(zhǎng)些。

(a)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)(b)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)

圖6 凸極轉(zhuǎn)子亞同步運(yùn)行

圖7 深槽式凸極轉(zhuǎn)子亞同步運(yùn)行

圖8 深槽加導(dǎo)條凸極轉(zhuǎn)子亞同步運(yùn)行

和同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性一樣，普通凸極轉(zhuǎn)子通過(guò)改進(jìn)加深槽后，在亞同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性上也有了一定的提高，總體上而言，3種轉(zhuǎn)子BDFM的亞同步運(yùn)行特性較理想，但穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速平滑程度上較同步運(yùn)行差些，另外，3種轉(zhuǎn)子在亞同步運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速大小與式(1)的轉(zhuǎn)速公式計(jì)算結(jié)果相一致，即也說(shuō)明了上述3種轉(zhuǎn)子亞同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性的仿真結(jié)果都是正確的。

最后對(duì)超同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真。其中求解時(shí)間為2.5 s，求解步長(zhǎng)為0.002 s，功率繞組接380 V、50 Hz正弦交流電源， 0～1 s將控制繞組短路，進(jìn)行空載異步啟動(dòng)，1 s時(shí)給控制繞組接60 V、10 Hz正向序交流電源，從單饋異步運(yùn)行方式牽入到超同步運(yùn)行方式，在1.9 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，進(jìn)行負(fù)載超同步運(yùn)行。

由圖9～圖11可知，3種轉(zhuǎn)子異步啟動(dòng)后都穩(wěn)定運(yùn)行在750 r/min的空載轉(zhuǎn)速上，在1 s時(shí)給控制繞組接60 V、10 Hz正向序交流電源，此時(shí)可以看出，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度很大，并且持續(xù)震蕩，不能趨于穩(wěn)定，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度較小，經(jīng)過(guò)大約0.6 s后，在1.6 s左右轉(zhuǎn)速被順利的牽入到轉(zhuǎn)速900 r/min，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM，經(jīng)過(guò)大約0.55 s調(diào)整后，在1.55 s左右被順利牽入到轉(zhuǎn)速900 r/min。在1.9 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩依然持續(xù)震蕩，不能趨于穩(wěn)定，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM在2.4 s左右重新恢復(fù)到轉(zhuǎn)速900 r/min，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM大約在2.3 s重新恢復(fù)到轉(zhuǎn)速900 r/min，兩者轉(zhuǎn)矩都被牽到40 N·m，在超同步運(yùn)行方式下，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子在帶載的情況下，依然維持轉(zhuǎn)速不變，體現(xiàn)了較硬的機(jī)械特性。

(a)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)(b)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)

圖9 凸極轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行

圖10 深槽式凸極轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行

圖11 深槽加導(dǎo)條凸極轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行

BDFM在運(yùn)行時(shí)，在控制繞組上所通入的電壓有一個(gè)穩(wěn)定的范圍，稱(chēng)作BDFM的穩(wěn)定運(yùn)行范圍[3]，上述普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不能穩(wěn)定收斂的原因是控制繞組通入的60 V、10 Hz正向序交流電超出了其穩(wěn)定運(yùn)行范圍，而通過(guò)對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子進(jìn)行改進(jìn)加深槽后，使原來(lái)不在穩(wěn)定運(yùn)行范圍的控制電壓進(jìn)入到穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，即改進(jìn)后的深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM的電壓穩(wěn)定運(yùn)行范圍更大。另外，控制側(cè)電壓設(shè)定60 V、頻率設(shè)定10 Hz時(shí)，凸極轉(zhuǎn)子可以在亞同步狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，而在超同步狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速持續(xù)波動(dòng)不能收斂，不能穩(wěn)定運(yùn)行，即上述仿真結(jié)果也順應(yīng)了文獻(xiàn)[4]所得的結(jié)論：無(wú)刷雙饋電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)具有寬的控制電壓穩(wěn)定范圍，運(yùn)行在超同步狀態(tài)具有窄的控制電壓穩(wěn)定范圍。

下面把求解條件中求解時(shí)間改為2.7 s，在1 s時(shí)給控制繞組改成通入70 V、10 Hz正向序交流電源，從單饋異步運(yùn)行方式牽入到超同步運(yùn)行方式，其余求解條件不變，重新對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM超同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，得到的70 V、10 Hz普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM超同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性如圖12所示。

(a)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)(b)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)

圖12 凸極轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行2

從圖12得知，在1 s時(shí)給控制繞組改接70 V、10 Hz正向序交流電源后，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以順利的收斂，并在1.7 s左右牽入到轉(zhuǎn)速900 r/min，在1.9 s時(shí)加40 N·m負(fù)載，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)0.7 s調(diào)整，在2.6 s左右轉(zhuǎn)速重新恢復(fù)到900 r/min，轉(zhuǎn)矩則被牽入到40 N·m，可見(jiàn)控制繞組通入70 V、10 Hz正向序交流電在普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM超同步運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)。

由以上分析可知，無(wú)論從單饋異步牽入到超同步運(yùn)行方式還是機(jī)械負(fù)載變化穩(wěn)定性方面，深槽加導(dǎo)式凸極轉(zhuǎn)子BDFM動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力最好，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM次之，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM最差。通過(guò)對(duì)普通凸極轉(zhuǎn)子進(jìn)行改進(jìn)加深槽后，其超同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性變好了，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間也變大了，另外，3種轉(zhuǎn)子在超同步運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速大小與式(1)的轉(zhuǎn)速公式計(jì)算結(jié)果相一致，即也說(shuō)明了上述3種轉(zhuǎn)子超同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性的仿真結(jié)果都是正確的。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 3種轉(zhuǎn)子都具備單饋異步自啟動(dòng)能力，深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子啟動(dòng)能力最好，深槽式凸極轉(zhuǎn)子次之，普通凸極轉(zhuǎn)子最差。

(2) 無(wú)論是從單饋異步牽入到同步運(yùn)行方式、到亞同步運(yùn)行方式還是到超同步運(yùn)行方式，深槽加導(dǎo)式凸極轉(zhuǎn)子BDFM動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力最好，深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM次之，普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM最差。

(3) 同步、亞同步和超同步運(yùn)行方式下機(jī)械負(fù)載變化后的穩(wěn)定性方面，深槽式凸極轉(zhuǎn)子和深槽加導(dǎo)條式凸極轉(zhuǎn)子BDFM都較理想，而普通凸極轉(zhuǎn)子較之差一些。

(4) 深槽式凸極轉(zhuǎn)子BDFM的電壓穩(wěn)定運(yùn)行范圍比普通凸極轉(zhuǎn)子BDFM大。

(5) 3種轉(zhuǎn)子工作在同步、亞同步和超同步運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小無(wú)關(guān)，機(jī)械特性較硬。

(6) 3種轉(zhuǎn)子BDFM的同步運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性最好。

(7) 無(wú)刷雙饋電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)具有寬的控制電壓穩(wěn)定范圍，運(yùn)行在超同步狀態(tài)具有窄的控制電壓穩(wěn)定范圍。

[1] 龔晟，楊向宇，王芳媛.無(wú)刷雙饋電機(jī)起源、發(fā)展及原理綜述[J].微電機(jī)，2010，43(8)：79-82.

[2] 王鳳翔，張鳳閣.磁場(chǎng)調(diào)制式無(wú)刷雙饋交流電機(jī)[M].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)出版社，2004.

[3] 鄧先明.無(wú)刷雙饋電機(jī)的電磁分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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Research on Dynamic Characteristic of BDFM with Deep Slot Salient Pole Rotor

XUEBing

(Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO, Suzhou 215163, China)

Through adding deep slots on the ordinary salient pole rotor, a brushless doubly-fed machine (BDFM) with deep slot salient pole rotor was got. The dynamic characteristics of BDFM with ordinary salient pole rotor and deep slot salient pole rotor were simulated to get the speed and torque waveforms of transition process from single-fed asynchronous operation mode pull into synchronous, sub-synchronous and super-synchronous operation mode as well as from no-load to the load. The results verify the rationality of the design of salient pole rotor with deep slots.

brushless double-fed machine (BDFM); salient pole rotor with deep slots; dynamic characteristics

2014-12-06

TM34

A

1004-7018(2016)06-0027-04

薛冰(1988-)，男，碩士，從事電學(xué)專(zhuān)利審查工作。