混极式无刷双馈交流电机制造技术

本实用新型专利技术混极式无刷双馈交流电机，转子采用同心式短路绕组或者磁阻式结构，无滑环和电刷，围绕无刷转子的定子有极数不同的２套独立的绕组分别为功率绕组和控制绕组，功率绕组与具有固定电压和频率的高电压供电电源相连，控制绕组通过控制器与低电压控制电源相连，通过控制器改变控制绕组电流的频率、幅值和相位，可以控制电机的转速和运行状态。本实用新型专利技术基于磁场调制原理通过特殊设计的转子结构和在定子上增加了与功率绕组极数不同的控制绕组，从电机内部解决了大功率高压电机采用较小功率低电压变频器的调速控制和无刷化问题，大大降低了电机调速系统成本和提高了可靠性。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种交流电机，特别是涉及一种混极式无刷双馈交流电机。
技术介绍
现有无刷双馈交流电机主要有三种结构型式。一种是由两台常规绕线型感应电机组成的串级式无刷双馈交流电机，两台电机的定子绕组分别与供电电源相连，转子同轴连接而两转子绕组同相序或反相序联接，其缺点是需要采用两台电机，体积较大而成本较高。第二种是将上述两台电机合并成一台电机，在电机的定子上放有两套极数不同的两套绕组，而在转子上同样放有与定子绕组极数相对应的两套绕组，其优点是将两台电机合并为一台电机，比第一种结构型式体积有所减小，缺点是转子绕组结构和接线比较复杂。第三种是在上述第二种结构型式的基础上将转子绕组简化结构。中国专利公开了一种技术专利“改型的无刷双馈电机”(专利号ZL02294622.5)，定子功率绕组与控制绕组公用定子槽，功率绕组置于槽的底部，转子绕组的一段由端环封闭连接，而另一端按“同心式”绕组结构连接，各组同心式绕组的外层短路线圈采用了具有公共导条和端环的结构。其优点是使转子绕组的结构和制造工艺得以简化，缺点是仅提出了一种具有公共导条和端环的转子绕组结构，理论分析和实验表明，该种具有公共导条和端环的转子绕组结构，不利于转子绕组电流对定子绕组电流产生磁场的调制作用；同时由于定子功率绕组的匝数较多而漏电抗较大，将其放在定子槽的底部进一步增大了槽漏电抗，降低了电机的功率因素。
技术实现思路
为了弥补上述现有无刷双馈电机的缺陷和提高电机性能，本技术提供一种进一步简化转子结构和提高运行性能和可靠性的混极式无刷双馈交流电机。本技术混极式无刷双馈交流电机，包括定子和转子，所述定子有2套独立的绕组分别为功率绕组和控制绕组，所述功率绕组与供电电源相连接，所述控制绕组连接一控制器，该控制器与控制电源连接，所述转子为无滑环电刷结构，通过所述控制器改变所述控制绕组电流的频率、幅值和相位，控制电机的转速和运行状态。本技术混极式无刷双馈交流电机，所述功率绕组具有2p极，所述控制绕组具有2q极，功率绕组和控制绕组的极数不能相等，其关系为2p＞2q+2。功率绕组和控制绕组公用定子槽，控制绕组置于槽的底部，以减小功率绕组的槽漏电抗。本技术混极式无刷双馈交流电机，所述控制器是由电力电子开关器件及其控制电路构成的静止功率变换装置，由两个双向变流器和控制单元组成，两个双向变流器互联，控制单元分别连接双向变流器。本技术混极式无刷双馈交流电机，所述转子采用具有(p+q)组同心式绕组的转子，每组同心式绕组由若干个具有不同跨距的单匝或多匝短路线圈构成。本技术混极式无刷双馈交流电机，所述转子也可以采用(p+q)个凸极结构的磁阻转子或(p+q)组轴向叠片的磁阻转子或(p+q)组同心式绕组与磁阻转子相结合的混合转子结构。本技术的有益效果是基于磁场调制原理通过特殊设计的转子结构和在定子上增加了与功率绕组极数不同的控制绕组，功率绕组与具有固定电压和频率的高电压供电电源相连，控制绕组通过控制器与低电压控制电源相连，通过控制器改变控制绕组电流的频率、幅值和相位，可以控制电机的转速和运行状态。从电机内部解决了大功率高压电机采用较小功率低电压变频器的调速控制和无刷化问题，大大降低了电机调速系统成本和提高了可靠性。本技术混极式无刷双馈交流电机，不仅将原有的无刷双馈电机的转子绕组结构进一步简化和提高了转子绕组对定子绕组电流产生磁场的调制功能，而且由单一的绕线式转子结构扩大为凸极磁阻式、轴向叠片磁阻式以及绕线转子于磁阻转子相结合的混合式多种转子结构。同时，将定子功率绕组由定子槽底部改为槽顶部，减小了功率绕组的漏电抗，从而改善了电机性能。附图说明图1为本技术混极式无刷双馈交流电机示意图；图2为本技术混极式无刷双馈交流电机的第一种转子结构示意图；图3为本技术混极式无刷双馈交流电机的第二种转子结构示意图；图4为本技术混极式无刷双馈交流电机的第三种转子结构示意图；图5为本技术混极式无刷双馈交流电机的第四种转子结构示意图；图6为本技术混极式无刷双馈交流电机控制器原理框图。具体实施方式为进一步阐述本技术，下面结合实施例对本技术混极式无刷双馈交流电机作更详细的说明。图1为本技术混极式无刷双馈交流电机示意图，其中1为电机定子，2为转子，3为控制器，4为功率绕组供电电源，5位控制绕组供电电源。在电机定子1中的铁心槽中放置了2套独立的对称绕组，分别为图1中出线端子用A1，B1，C1表示的功率绕组，用A2，B2，C2表示的控制绕组。绕组的连接关系为功率绕组的出线端子A1，B1，C1与电源4相连接；控制绕组的出线端子A2，B2，C2通过控制器3，与电源5相连接。图1中电机转子2用同心式笼型转子表示，只是一种示意，实际上不限于该种转子结构方式。图2、图3、图4和图5为本技术混极式无刷双馈交流电机不同转子结构示意图，其中图2为具有同心式短路绕组的转子，具有(p+q)组同心式绕组，每组同心式绕组由若干个(其数量取决于转子槽数)具有不同跨距的单匝或多匝短路线圈构成，各同心式短路线圈之间没有公共线圈边；图3为具有凸极结构的磁阻转子，具有(p+q)个凸极；图4为采用轴向叠片的磁阻转子，具有(p+q)个轴向叠片磁极；图5为采用同心式绕组与磁阻结构相结合的混合转子，具有(p+q)个组同心式绕组和一定数量的磁障，其中9为同心式绕组的导条，10为连接导条的绕组端部；11为不导磁材料构成的磁障，以限制转子铁心中的磁通路径，起到磁阻转子的作用。上述不同结构转子的共同作用是对具有不同极数的定子功率绕组和控制绕组电流产生的磁场进行调制，产生所需要的旋转磁场实现机电能量转换。控制器3是由电力电子开关器件及其控制电路构成的静止功率变换装置，可实现交流—直流—交流电压和频率的双向变换，可将控制电源提供的固定频率的电压，转换为控制绕组所需要的频率、幅值和相位可调的交流电压；同时也可将控制绕组输出的频率、幅值和相位变化的电压转换为固定频率的电压，实现能量回馈。控制器的原理框图如图6所示，由双向变流器6、7和控制单元8组成。当电机作电动机运行并工作在同步转速以下时，双向变流器6用作整流器，将电机控制绕组输出电压和频率与电机转速有关的交流电转变为直流电；而双向变流器7用作逆变器，将6输出的直流电转变与供电电源频率相同的交流电，将控制绕组输出的电能回馈给供电电源。当电机转速高于同步速时，需要向控制绕组输入电能，此时双向变流器6与7的功能进行交换，双向变流器7用作整流器而双向变流器6用作逆变器，双向变流器7将控制电源提供的交流电转换为直流电，然后通过逆变器6进而转换为所需要频率、幅值和相位的交流电供给控制绕组。当电机用作发电机时，双向变流器6和7的功率流向与上述电动机运行模式刚好相反。控制单元8的功能是，根据电机的不同运行状态功率流向和控制绕组供电或输出交流电压的要求，控制双向变流器6和7的工作模式和功率变换特性。权利要求1.一种混极式无刷双馈交流电机，包括定子和转子，其特征在于所述定子(1)有2套独立的绕组分别为功率绕组和控制绕组，所述功率绕组与供电电源(4)相连接，所述控制绕组连接一控制器(3)，该控制器与控制电源(5)连接，所述转子(2)为无滑环电刷结构。2.根据权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混极式无刷双馈交流电机，包括定子和转子，其特征在于所述定子（１）有２套独立的绕组分别为功率绕组和控制绕组，所述功率绕组与供电电源（４）相连接，所述控制绕组连接一控制器（３），该控制器与控制电源（５）连接，所述转子（２）为无滑环电刷结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤翔，张凤阁，王正，
申请(专利权)人：广东华拿东方能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]