[发明专利]模块化笼障转子定子双电口交流电机及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种交流电机，特别是一种模块化笼障转子定子双电口交流电机及其控制方法。该电机既可作电动机运行，又可作发电机运行。

背景技术：

模块化笼障转子定子双电口交流电机的定子上包括2p极的三相对称功率绕组和2q极的三相对称控制绕组（或者2q极的三相对称功率绕组和2p极的三相对称控制绕组），且均满足2p-2q≥4，两套绕组之间的耦合是由p_r=p+q对极特殊设计的转子来实现的，因此该种电机的转子结构对电机的稳态性能、动态特性和功率密度等将产生重要影响。可用于该种电机的转子结构主要包括绕线式和磁阻式两大类。其中绕线式包括单层同心式短路绕组，齿谐波双层分布绕组；磁阻类包括具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子、轴向叠片磁阻转子。

绕线类转子结构的优点是制造工艺与常规电机类似，缺点是对定子两套绕组的耦合完全是以牺牲转子绕组铜耗为代价的，而且对定子两套绕组耦合能力欠佳，电机的动态性能也较差，而齿谐波双层分布绕组的工艺性欠佳。磁阻类转子的优点是转子上没有任何铜损耗，对定子两套绕组耦合能力和加工复杂程度各异。具有齿槽的径向叠片凸极磁阻转子易于加工，但对定子两套绕组的耦合效果欠佳；轴向叠片磁阻转子的耦合能力强，但制造工艺复杂，在大型定子双绕组交流电机中应用困难。此外，常规定子双绕组交流电机的控制系统受不确定性参数变化和扰动影响较大，具有抗干扰能力差等缺点。

发明内容

发明目的：本发明提供一种模块化笼障转子定子双电口交流电机及其控制方法，其目的在于提出了一种既便于加工制造，又可使得对定子两套绕组耦合能力实现最大化，从而具有高功率密度和优良稳态与动态性能的新型模块化笼障转子定子双电口交流电机结构，同时也大大提高了该种交流电机的抗扰动能力。

技术方案：本发明采用以下技术方案：

模块化笼障转子定子双电口交流电机，主要包括定子、转子、双向逆变器，其特征在于：在定子上安放2p极的三相对称功率绕组和2q极的三相对称控制绕组，功率绕组的极数和控制绕组的极数亦可互换，且均满足2p-2q≥4，转子采用p_r个相同的笼障转子模块沿圆周方向拼成一个具有p_r个凸极型的转子，每个笼障转子模块内侧通过定位槽与非导磁材料制成的套筒相连，套筒通过转轴上的定位销与转轴固定在一起；每个笼障转子模块外表面开有多个径向梯形槽，径向梯形槽间距可以相等也可以不等，每个梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个梯形槽内放入若干根导体组成短路笼条；相邻笼障转子模块相接处为阶梯型豁口，相邻笼障转子模块拼接后在其相接处形成p_r个公共梯形槽，且公共梯形槽底部的间隙一直达到套筒外表面，每个公共梯形槽沿径向具有数个不等的阶梯槽宽，每个公共梯形槽内放入若干根导体组成公共笼条；公共笼条和短路笼条分别采用端部导电环连接形成导电回路；笼障转子模块中心处开有多组切向隔磁层，分别与各自两侧嵌放短路笼条的梯形槽组合形成多组径向叠片磁障，在笼障转子模块内形成多个导磁层。

功率绕组与电网相连，控制绕组与双向逆变器的一端相连，双向逆变器另一端与电网相连。

笼障转子两端装有压板，压板与转子间加绝缘层隔离，压板上钻有与笼障转子定位孔位置相同定位孔，非导磁材料制成的压紧螺杆沿轴向穿过全部定位孔，在压板两端利用螺母压紧固定。

放置公共笼条和短路笼条的梯形槽的槽口处开有内豁口并嵌放槽楔。公共笼条端部链接形式可以为：端部导电环将公共梯形槽内同层的公共笼条两侧端部连在一起；也可以将公共梯形槽内单层公共笼条分成两部分，两部分公共笼条分别与相邻公共梯形同层槽内的公共笼条通过端部导电环相连；也可以将公共梯形槽内外层公共笼条与单侧相邻公共梯形槽内的内层公共笼条通过端部导电环（17）相连；也可以在相邻两个公共梯形槽内放置多匝线圈导体。短路笼条端部链接形式可以为：以笼障转子模块径向对称线为中心，将两侧相对应的同层短路笼条端部通过导体相连，形成多组独立的同心式环形导电回路；也可以将外层短路笼条与相对应梯形槽的内层短路笼条通过导体相连，形成多组独立的交叉型同心式环形回路；也可以在相对应的两个同层梯形槽内放置多匝线圈导体，同一转子模块上的多组线圈导体匝数可以相同也可不同。

整个转子安装绕组后余下的公共梯形槽缝隙和模块内磁障缝隙内可浇注耐高温非导磁材料或者不浇筑。

套筒的形式可以为圆形套筒或多边形套筒；套筒上用于安装转子模块的定位槽形式为矩形槽或燕尾槽。

转子隔磁层的形状可以为弧形磁障式转子或U形磁障式转子。