一种无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法技术

本发明专利技术公开了一种无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法，该双笼转子包括内笼转子和外笼转子，内笼转子和外笼转子之间仅通过电路连接，空间磁路上采用隔磁环进行隔绝，保证内层控制子系统和外层功率子系统之间的磁场不会直接耦合。内笼转子和外笼转子的导条在一端用两个端环分别短接，在另一端进行交错连接。内笼转子和外笼转子在电路上的电流幅值与电流频率相等的同时，内笼转子和外笼转子反相序连接。当内层转子感应出电流流向外层转子时，能够实现内外层转子的磁场反向，保持无刷双馈电机的双馈运行模式。

A Method of Connecting Double-cage Rotor and Guide Bar of Brushless Doubly-fed Machine

【技术实现步骤摘要】
一种无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法
本专利技术涉及一种无刷双馈电机，尤其涉及一种无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法。
技术介绍
随着社会经济的发展和生产方式的变革，人类对能源的需求也在不断的增长。在全球新能源政策的驱使下，能源结构正在向清洁低碳的方向转变，可再生能源将成为能源结构中增长速度最快的部分。风能以其成本低、分布广、储量大以及清洁环保等明显优势，使得风力发电受到广泛的关注和研究。无刷双馈电机是一种无需电刷和滑环即可实现变速恒频运行的电机，有望取代传统的有刷双馈电机，成为风力发电系统新的技术路线。无刷双馈电机已经发展出许多可行的结构，主要分为：级联式无数双馈电机、无刷双馈感应电机(包含嵌套环转子和绕线转子)、无刷双馈磁阻电机和双定子无刷双馈感应电机。按不同的去刷方式和运行原理，可将无刷双馈电机划分为两类，调制式(无数双馈感应电机和无刷双馈磁阻电机)和级联式(级联式无刷双馈电机和双定子无刷双馈感应电机)。调制式无刷双馈电机的转子通过特殊设计，能够实现功率绕组和控制绕组的磁场转换。但是，功率子系统和控制子系统工作在同一气隙下，会不可避免的产生多种无用的谐波磁场分量，造成转矩脉动、噪声、振动以及增加控制难度。传统级联式无刷双馈电机的控制磁场和功率磁场在气隙中解耦，控制简单。然而，由于控制子系统和功率子系统轴向连接，导致空间利用率以及电机功率密度较低。为了实现更高的功率密度和更紧凑的电机结构，双定子无刷双馈感应电机将控制子系统和功率子系统沿径向排布，控制转子和功率转子之间由隔磁环支撑，避免了磁路耦合的同时，拥有高效的空间利用率。现存的双定子无刷双馈绕线转子感应电机存在转子电阻大、损耗高、效率较低的问题。此外，径向分布的控制绕组和功率绕组占据较大的端部空间，导致定转子绕组间的气隙过小。当电机以较高的速度运行时，定子绕组和转子绕组可能会发生摩擦，造成电机短路和机械运行故障。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法，使交错双笼转子无刷双馈电机在双馈模式下工作，实现内笼转子和外笼转子之间的磁场反向。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种无刷双馈电机双笼转子，包括控制内笼转子和功率外笼转子，两者之间设置隔磁环；控制内笼转子包括内转子铁心，功率外笼转子包括外转子铁心，内转子铁心和外转子铁心上分别设置若干槽，槽内均设有导条；内笼转子导条和外笼转子导条的一端分别用端环短接，在另一端进行交错连接。一种无刷双馈电机，包括外定子、双笼转子和内定子，其中，外定子包括外定子铁心，其上设有功率绕组；内定子包括内定子铁心，其上设有控制绕组；其中，双笼转子包括控制内笼转子和功率外笼转子，两者之间设置隔磁环；控制内笼转子包括内转子铁心，功率外笼转子包括外转子铁心，内转子铁心和外转子铁心上分别设置若干槽，槽内均设有导条；内笼转子导条和外笼转子导条的一端分别用端环短接，在另一端进行交错连接。一种无刷双馈电机双笼转子导条连接方法，包括步骤：(1)计算双笼转子的槽距角，控制内笼转子βp和功率外笼转子αc的槽距角相等，即：其中，pp和pc分别表示功率绕组和控制绕组的极对数，Zp和Zc分别表示功率转子和控制转子的槽数；(2)将内笼转子导条和外笼转子导条反相序连接，相邻导条的连接满足条件：其中，β为内笼相邻导条间电流所差的时间相位电角度，α为外笼相邻导条空间排布所差的空间相位电角度。进一步地，当功率绕组与控制绕组极对数相等，功率转子和控制转子槽数相等时，将转子槽数划分为pp＝pc组，将内笼转子导条和外笼转子导条按内笼转子时间相位与外笼转子空间相位反相序的方式连接。进一步地，当功率绕组和控制绕组极对数是k倍关系，功率转子和控制转子槽数也是k倍关系时，包括两种连接方式：(1)槽数较小一侧转子的每个槽中并联放置k根导条，k根导条分别与另一侧转子的k个槽的k根导条相连；(2)槽数较小一侧转子的每个槽中只放置一根导条，一根导条与另一侧转子的k个槽的k根导条相连。进一步地，当功率绕组与控制绕组极对数相等，功率转子和控制转子槽数是k倍关系时，采用虚拟极法，将功率绕组和控制绕组极对数转化为也是k倍关系；或采用虚拟槽法，将功率转子和控制转子槽数转化成相等关系。进一步地，当功率绕组和控制绕组极对数是k倍关系，功率转子和控制转子槽数相等时，采用虚拟极法，将功率绕组和控制绕组极对数转化成相等关系；或采用虚拟槽法，将功率转子和控制转子槽数转化为也是k倍关系。有益效果：本专利技术的无刷双馈电机双笼转子及导条连接方法，将笼型转子结构引入双定子无刷双馈感应电机中，不仅可以带来简单可靠的转子结构、更小的转子电阻和更高的运行效率，而且兼具笼型异步电机与双定子无刷双馈电机的优点。附图说明图1是无刷双馈电机及其双笼转子示意图；图2是无刷双馈电机及其双笼转子立体结构示意图；图3是pp＝pc及Zp＝Zc条件下双笼转子连接电路示意图；图4是pp＝kpc及Zp＝kZc条件下双笼转子槽连接示意图；图5是pp＝kpc及Zp＝kZc条件下双笼转子连接电路示意图；图6是pp＝pc及Zp＝kZc条件下采用虚拟极和虚拟槽法的双笼转子槽连接示意图；图7是pp＝pc及Zp＝kZc条件下采用虚拟槽法的双笼转子槽连接示意图；图8是pp＝kpc及Zp＝Zc条件下采用虚拟极和虚拟槽法的双笼转子槽连接示意图；图9是转子槽为奇数或pp＝pc且转子不分组条件下双笼转子连接电路示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1和图2所示，本专利技术所述的无刷双馈电机，从里到外依次包括电机外定子铁心1、功率绕组2、功率外笼转子3、外转子铁心4、控制内笼转子5、隔磁环6、内转子铁心7、控制绕组8、内定子铁心9。该无刷双馈电机双笼转子是基于内笼转子和外笼转子构建而成，内笼转子和外笼转子之间仅通过电路连接，空间磁路上采用隔磁环进行隔绝，保证内层控制子系统和外层功率子系统之间的磁场不会直接耦合。内笼转子和外笼转子在电路上的电流幅值与电流频率相等的同时，要满足无刷双馈电机双馈运行条件，就必须实现内外转子磁场的反向，即内笼转子和外笼转子反相序连接。因此，内笼转子和外笼转子的导条在一端用两个端环分别短接，而在另一端进行交错连接。当内层转子感应出电流流向外层转子时，能够实现内外层转子的磁场反向，保持无刷双馈电机的双馈运行模式。内笼转子和外笼转子在电路上反相序连接，形成反向旋转磁场的条件为：其中，β为相邻导条间电流所差的时间相位电角度，α为相邻导条空间排布所差的空间相位电角度。时间相位角β和空间相位角α为：其中，p为电机极对数，Z为转子槽数。要使内笼控制转子和外笼控制转子满足公式1，则控制转子和功率转子的槽距角相等，即：其中，pp和pc分别表示功率绕组和控制绕组的极对数，Zp和Zc分别表示功率转子和控制转子的槽数。导条连接包含以下四种情况：pp＝pcZp＝Zc(4)pp＝kpcZp＝kZc(5)pp＝pcZp＝kZc(6)pp＝kpcZp＝Zc(7)其中，k在pp大于pc时为不等于1的正整数(2,3,4…)和假分数(3/2,5/4…)，在pp小于pc时为真分数(1/2,1/3,1/4,2/3…)。公式4中，当功率绕组与控制绕组极对数相等，功率转子和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷双馈电机双笼转子，其特征在于，包括控制内笼转子(5)和功率外笼转子(3)，两者之间设置隔磁环(6)；控制内笼转子(5)包括内转子铁心(7)，功率外笼转子(3)包括外转子铁心(4)，内转子铁心(7)和外转子铁心(4)上分别设置若干槽，槽内均设有导条；内笼转子导条和外笼转子导条的一端分别用端环短接，在另一端进行交错连接。

【技术特征摘要】
1.一种无刷双馈电机双笼转子，其特征在于，包括控制内笼转子(5)和功率外笼转子(3)，两者之间设置隔磁环(6)；控制内笼转子(5)包括内转子铁心(7)，功率外笼转子(3)包括外转子铁心(4)，内转子铁心(7)和外转子铁心(4)上分别设置若干槽，槽内均设有导条；内笼转子导条和外笼转子导条的一端分别用端环短接，在另一端进行交错连接。2.一种无刷双馈电机，其特征在于，包括外定子、双笼转子和内定子，其中，外定子包括外定子铁心(1)，其上设有功率绕组(2)；内定子包括内定子铁心(9)，其上设有控制绕组(8)；其中，双笼转子包括控制内笼转子(5)和功率外笼转子(3)，两者之间设置隔磁环(6)；控制内笼转子(5)包括内转子铁心(7)，功率外笼转子(3)包括外转子铁心(4)，内转子铁心(7)和外转子铁心(4)上分别设置若干槽，槽内均设有导条；内笼转子导条和外笼转子导条的一端分别用端环短接，在另一端进行交错连接。3.一种无刷双馈电机双笼转子导条连接方法，其特征在于，包括步骤：(1)计算双笼转子的槽距角，控制内笼转子βp和功率外笼转子αc的槽距角相等，即：其中，pp和pc分别表示功率绕组和控制绕组的极对数，Zp和Zc分别表示功率转子和控制转子的槽数；(2)将内笼转子导条和外笼转子导条反相序连接，内外笼导条的连接满足条件：其中，β为内笼相邻导条间电流所差的时间相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，曾煜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32