[发明专利]一种横向磁通相段式无刷双馈感应电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流无刷双馈电机，特别涉及一种横向磁通相段结构的无刷双馈感应电机。

背景技术

随着风力发电、水力发电、风机和泵、矿山机械、舰船电力等领域大功率电气传动技术的发展，人们对低速、大功率、高转矩密度、直接驱动、无刷双馈调速或调频电机的要求日益迫切。这类电机大都属于感应电机，其中风力发电机是发展的热点，是这类设备的代表性产品。

以风力发电机为例，在双馈感应发电机DFIG(double-fed induction generator)系统中，慢速旋转的风力机通过齿轮变速箱轴系与快速旋转的发电机转子连接，齿轮变速箱传速比高达100以上。变速恒频风力发电机的定子绕组的电压频率，在双馈变频器电机侧接口经过电刷与滑环对发电机转子绕组直接加载励磁电流时，由下述公式表示(下标p表示功率电机，下标c表示控制电机或控制侧变频器，下同。)：

fp=nrpp60+fc---(1)]]>

可见，发电机功率定子绕组的电压频率是转子的机械转速折算成与电机极对数相关的电角度频率与控制变频器所直接加载的转子励磁电流频率之和。

基于绕线式转子或笼型转子的无刷双馈感应电机：BDFM(brushless doubly-fed electrical machine)在理论分析方面已经取得长足进步。无刷双馈电机的电动机调速或发电机调频实质上是一种间接励磁方式，不用电刷和集电滑环，其特点是运行可靠，所需变频器容量小，不但可以运行在亚同步转速区，而且可以运行在超同步转速区。

无刷双馈电机是双电机结构，是由级联异步电机发展而来，它将两台绕线转子异步电机同轴级联，其中一台为功率电机，另一台为控制电机，并且功率电机与控制电机的转子绕组正相序或反向序连接，构成一个拖动机组。级联式BDFM通过改变控制电机定子绕组的电流频率对功率电机实施调速或调频控制。

近年来，在级联式BDFM的基础上又发明了单电机的BDFM，从技术本质上看，单电机BDFM仍是功率与控制两个电机的复合集成。现有单电机BDFM的定子和转子铁心结构与普通异步电机几乎完全相同。在定子铁心中嵌入功率与控制两套绕组。其中功率绕组的极对数为p_p，控制绕组的极对数为p_c。转子铁心内放置多组环路结构的短路导条，转子短路导条的环路组数(巢数)通常为p_p+p_c。功率与控制两套定子绕组产生的磁场通过一个共同的磁路与转子短路导条环路组(巢)耦合；同时转子磁场的极对数随定子磁场的极对数自动转换，以产生稳定的电磁转矩。单电机BDFM的磁场极对数转换效率与电机结构密切相关，可是，单电机BDFM结构必定受到传统径向磁通电机主体结构制约，所以这种电机的磁场极对数转换效率并不理想。

BDFM电动机的调速，由下述公式表示：

nr=60(fp±fc)pp+pc---(2)]]>