房俊生 張衛(wèi)冬

摘要：針對其特點(diǎn)，本章介紹了繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機(jī)的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)和需要解決的主要問題。并討論了在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，處理無刷雙饋電機(jī)控制問題時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)。為了克服這些問題，需要獨(dú)立操作無刷雙饋線?；诖藢﹄姍C(jī)的數(shù)學(xué)模型、功率流和運(yùn)行性能進(jìn)行了充分的推斷和分析。

關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機(jī);電機(jī);系統(tǒng)

前言

無刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，與有刷雙饋電機(jī)相比，省去了有刷滑環(huán)裝置運(yùn)行速度范圍寬。同時(shí)無刷雙饋電具有使用壽命長、制造成本低和很高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

一、無刷雙饋獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)概念

無刷雙饋電機(jī)在獨(dú)立發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，但由于電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的控制帶來了很大的問題，同時(shí)獨(dú)立開發(fā)的情況不同于并網(wǎng)式的情況，因此必須實(shí)現(xiàn)控制來更好的促進(jìn)無刷雙饋獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

二、無刷雙電機(jī)的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀

1.無刷雙電機(jī)的特點(diǎn)

無刷雙電機(jī)獨(dú)立于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)電機(jī)具有很強(qiáng)的機(jī)械性能，因此可以提高速度控制系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)。無刷電機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)就是無刷電機(jī)可以進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)是即可輕松實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)異步同步和雙饋電等多種工作方式，從而兼具良好的啟動(dòng)特性和良好的驅(qū)動(dòng)性能。無刷電機(jī)是一種很好發(fā)展前景的產(chǎn)品，因此要大力促進(jìn)無刷電機(jī)的應(yīng)用。

2.無刷雙電機(jī)研究現(xiàn)狀

無刷雙電機(jī)源于兩臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的級聯(lián)，此類電機(jī)系統(tǒng)的深入研究始于1970年代后期。在無刷雙電機(jī)性能仿真研究領(lǐng)域?qū)W者們做了很多。傳統(tǒng)無刷雙電機(jī)的數(shù)學(xué)模型大多是基于dq-0生物標(biāo)志物系統(tǒng)。由于精度不夠，無刷雙電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究在模仿上存在一定的困難。盡管近20年來國內(nèi)外許多學(xué)者在無刷雙饋電機(jī)的分析研究方面有進(jìn)展，發(fā)表了多篇相關(guān)論文，開展了大量的研究工作。但是無刷雙饋電機(jī)的發(fā)展水平稍有落后。國內(nèi)一些高校和科研院所對這些電機(jī)進(jìn)行了研究并取得了一定的成果，但總的來說國內(nèi)的無刷雙電機(jī)研究還處于基礎(chǔ)研究階段。

三、無刷雙饋獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

選用極對數(shù)少的定子繞組作為動(dòng)力繞組時(shí)無刷雙電源發(fā)電機(jī)的空載電流與并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)類似，網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是維持直流母線應(yīng)用、電壓穩(wěn)定和無功功率調(diào)節(jié)。此外，通常將一系列電解電容器并聯(lián)連接到直流母線進(jìn)行能量儲(chǔ)備。在系統(tǒng)運(yùn)行的早期階段，電解電容器由備用電源（例如電池）充電，它可以提供原始的振動(dòng)力。

極對數(shù)的選擇。機(jī)架尺寸繞線轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)有：p1=1 和 p2=3 或 p1=3 和 p2=1。因此必須需要先討論一下。首先，應(yīng)選用極對數(shù)少的定子繞組作為動(dòng)力繞組時(shí)無刷雙電源發(fā)電機(jī)的空載電流比較小，相反，靜態(tài)電流比較大。同時(shí)在控制繞組的場速和旋轉(zhuǎn)場速之間，功率繞組的頻率在測試冬季期間應(yīng)保持在獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中。這時(shí)候按照無刷雙饋線電機(jī)的工作原理，電機(jī)將不能正常的產(chǎn)生電能。相反，如果 p=1，p2=3，出現(xiàn)這種極端情況與之前電機(jī)的正對組合相比，無疑僅在 3000 r/min 時(shí)，正常工作速度范圍大大提高。綜上所述，無刷雙饋電機(jī)選擇極對組合時(shí)必須加上裝置的調(diào)速范圍和損耗。因此出于考慮，本文使用的實(shí)驗(yàn)原型和模擬是 p1=1 和 p2=3 的極對組合。

四、需要解決的主要問題

無刷雙饋電機(jī)的商業(yè)應(yīng)用尚未完全實(shí)現(xiàn)，部分原因是電機(jī)控制的復(fù)雜性，電機(jī)控制的復(fù)雜性主要是由于無刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此研究人員需要解決有刷雙電機(jī)不間斷電源系統(tǒng)的問題。

五、無刷雙饋獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)控制方法

獨(dú)立于發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的無刷雙龍頭發(fā)電機(jī)是唯一的發(fā)電單元。在這些運(yùn)行條件下，無法使用典型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型的電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法。

六、無刷雙電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.定子結(jié)構(gòu)

無刷雙電機(jī)的定子繞組可以由一組或兩組相互絕緣的繞組組成，可以減少銅損降低漏抗，所以無刷雙饋電機(jī)通常使用兩組定子繞組。成對繞組（即控制口）當(dāng)控制口通電時(shí)，工頻電源中不會(huì)產(chǎn)生額外的電流，同樣需要P極對旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電位，而且 P極對繞組的出線端之間不得有電位差，以免定子繞組的磁場在精確控制無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速，要求同時(shí)達(dá)到兩個(gè)電源相互獨(dú)立的目的和無動(dòng)力的目的從而可以直接傳輸。同時(shí)無刷雙饋電機(jī)在正常運(yùn)行過程中，如果P、P匹配不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)磁吸不平衡。

2.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

在確定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和極數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子槽數(shù)的選擇很重要。在異步電動(dòng)機(jī)中，定子槽與轉(zhuǎn)子槽相交匹配，可以避免因齒槽效應(yīng)引起的低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在運(yùn)行過程中同步增加的扭矩和電機(jī)的過度振動(dòng)和噪音。

七、無刷雙饋電機(jī)的應(yīng)用前景

1.無刷雙饋電機(jī)在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

如今，電力電子設(shè)備的價(jià)格比10年前要高很多，這說明該節(jié)能技術(shù)具有良好的市場前景。然而，目前存在的主要問題是交流變頻高速轉(zhuǎn)換器的成本還是比較高的，尤其是在高壓、大容量的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中變流器造價(jià)相對昂貴，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此阻礙了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。對于高壓大容量電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的頻率調(diào)制，可以直接使用高壓變頻器。除了轉(zhuǎn)換器電壓過低外，還存在不可靠、成本高的問題，因此系統(tǒng)中使用的轉(zhuǎn)換器是首選。同時(shí)采用無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的兩個(gè)電口。高壓低壓的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通過低壓端口控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。高壓電源和電機(jī)的控制繞組由低壓變流器供電，也可以實(shí)現(xiàn)控制繞組。雙向能量流動(dòng)降低了整個(gè)速度控制系統(tǒng)的成本，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，無刷雙饋電機(jī)也可以通過自動(dòng)開關(guān)切換到異步運(yùn)行模式，讓電機(jī)恒速運(yùn)行。無刷雙進(jìn)給電機(jī)無需停機(jī)，也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，因此無刷雙饋電機(jī)在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用前景廣闊。

結(jié)束語

本章對無刷雙饋獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究了獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)。討論了電力系統(tǒng)在發(fā)電中的實(shí)際應(yīng)用，并得出以下結(jié)論：無刷雙電機(jī)雖然電磁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是無刷雙電機(jī)具有一定的應(yīng)用潛力。在電力系統(tǒng)或風(fēng)電系統(tǒng)等情況下，在實(shí)際應(yīng)用中還有一些問題需要解決，因此可能出現(xiàn)的任何問題都應(yīng)在后續(xù)工作中發(fā)現(xiàn)并及時(shí)的進(jìn)行解決。

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