摘 要

无刷双馈电机是一种取消电刷和滑环的新型感应电机，能实现多种运行方式。其也可看成是同步电机和异步电机的结合体，既有异步机简单坚固的结构的特点，而且拥有同步机能够调节功率因素、降低所需变频器容量等优势。也由于其优势特点，无刷双馈电机的应用前景十分广阔，特别是在风力、水力、轴带发电等方面。所以为了更好的理解这种电机的运行机理，本文就其等效电路以及数学模型，在MATLAB软件上进行仿真研究。

文章所做的主要工作如下：

首先，不仅回顾无刷双馈电机的发展史、国内外所取得的研究成果而且深入探讨了无刷双馈电机的应用前景。

其次，在理解无刷双馈电机的原型机基础上，详细的说明它的工作原理、基本结构及其结构设计的要求、多种运行方式的实现。

然后，根据看成两台异步机级联的等效电路经过折算得到其简化电路；根据在静止坐标下的数学模型通过坐标变换以及坐标轴的选择得到在同步速中的数学模型。

最后，根据简化的等效电路以及同步速坐标模型建立仿真模型并结合原理分析仿真结果，验证变频调速的特性，分析各个电流的变化关系。

关键词：无刷双馈电机；等效电路；数学模型；仿真

Abstract

The Brushless Doubly-Fed Machine(BDFM) is a new type of induction motor for canceling brush and slip ring, enabling a variety of operating modes. It can also be seen as a combination of synchronous motor and asynchronous motor, both asynchronous and simple structure of the characteristics of asynchronous machine, and has a synchronous machine to adjust the power factor, reduce the required capacity of the inverter and other advantages. But also because of its advantages, BDFM application prospects are very broad, especially in the wind, water, shaft power generation and so on. So in order to better understand the operation mechanism of this motor, this paper on its equivalent circuit and mathematical model, in MATLAB software simulation study.

The main work of the article is as follows:

First of all, not only review the history of BDFM, domestic and foreign research results and in-depth discussion of the application of BDFM prospects.

Secondly, in understanding the BDFM on the basis of the prototype, the detailed description of its working principle, the basic structure and structural design requirements, a variety of ways to achieve the operation.

Then, the simplified circuit is obtained according to the equivalent circuit which is regarded as two asynchronous machine cascades. The mathematical model of the synchronous speed is obtained by the coordinate transformation and the selection of the coordinate axes according to the mathematical model under the static coordinates.

Finally, according to the simplified equivalent circuit and the synchronous velocity coordinate model, the simulation model is established and the simulation results are analyzed according to the principle. The characteristics of the variable frequency speed regulation are verified, and the variation relationship of each current is analyzed.

Key words: BDFM; equivalent circuit; mathematical model; simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.1.1作为电动机的优势 1

1.1.2作为发电机的优势 2

1.2国内外的研究现状 3

1.2.1无刷双馈电机的发展简史 3

1.2.2国内外对无刷双馈电机的研究成果 4

1.3本文研究任务及章节安排 4

第2章 无刷双馈电机的基本工作原理及多种运行方式 6

2.1无刷双馈电机的原型 6

2.2无刷双馈电机的结构 8

2.2.1定子结构 8

2.2.2转子结构 9

2.3无刷双馈电机的工作原理 9

2.4无刷双馈电机的多种运行方式实现 10

2.4.1作为电动机的异步运行方式 11

2.4.2作为电动机的同步运行方式 11

2.4.3作为电动机的双馈运行方式 12

2.4.4作为发电机的控制绕组交流励磁运行方式 12

2.4.5作为发电机的控制绕组直流励磁运行方式 13

2.5本章小结 13

第3章 无刷双馈电机等效电路和数学模型 15

3.1等效电路的推导 15

3.2在静止abc坐标系下的数学模型 17

3.3在任意dqn坐标系下的数学模型 18

3.4本章小结 19

第4章 无刷双馈电机的仿真分析 20

4.1基于无刷双馈电机等效电路仿真 20

4.2基于无刷双馈电机的同步速模型仿真模型的搭建 21

4.3无刷双馈电机的同步速模型仿真分析 22

4.3.1无刷双馈电机异步启动时电流特性分析 22

4.3.2无刷双馈电机同步运行时电流特性分析 22

4.3.3无刷双馈电机双馈状态电流分析 23

4.3.4无刷双馈电机的转速特性分析 24

4.3.5无刷双馈电机的转矩特性分析 25

4.4本章小结 25

第5章 全文总结与展望 26

参考文献 27

附录一 29

附录二 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

电机作为工厂、工业的必备的动力的装置，作用是将电能转化为机械能或者机械能转化为电能。不仅仅在电力、冶金、纺织、农业、煤炭、石化等等方面发挥重要的作用，电机也广泛应用在平时的办公与家庭生活中，已经成为人们工作和生活中不可或缺的组成部分。也正是因为电机的地位重要，电机技术的发展也越来越急迫。

通过长期研究以及实际经验积累，传统电机的理论与技术已经基本完善，但是随着我国工业化进程的加快和产业结构的升级，传统电机的性能越来越不能满足日益增长的工业需求，特别是在现在资源紧张，大力发展清洁能源发电的今天。为此，新型电机的研究和探索显得至关重要。