无刷双馈变频调速电机的原理分析.pdf

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电气传动1997年第6期

无刷双馈变频调速电机的原理分析

、，谈妙琪王玉珩
重庆钢铁设计研究院李松辽郭贵云弋M3、L{l

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摘要：目前，一种能够裉大程度降低变频谓速系统成本的新型无刷双馈变频调速电机正为国内外工程界人士所瞩目。这
种无刷取馈变额调速电机通过适当改变传统茏型感应电机的定转子绕组结构．就可实现甩较小容量的变颠器控制较大
容量电机平滑调速的功能，本文将着重分析该电机的工作原理，介绍该电机的定、转于绕组结构及两种极对敛的选择和变
额器中功率流向的问题。
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出频率一定，那么电机的转速就完全确定，转速控
1介绍
制就变得十分精确。
随着功率电子逆变器的发展，交流调速已被1．1工作原理
较多地采用。但由于变频器昂贵的价格和复杂的原型电机是一种两电机极联系统，所谓两台
控制系统阻碍了它的推广应用，于是人们就努力电机极联即两台绕线式电机的轴相连，转子绕组
寻找一种能够降低系统成本的好方法。变频调速相互连接，这种极联系统的结构简图如图2所示。
系统的成本主要取决于变频器的成本，因此，人们从结构简图我们看出这种极联系统从第一台电机
的注意力都放在如何降低变频器的成本上。可是，的定子方输入电功率，通过转子传递给第二台电
到目前为止收效甚微。于是，西方有人率先在机的原边(即第二台电机的转子绕组)，第二台电
HuNT电机的基础上提出了无刷双馈变频调速机的副边(即第二台电机的定子绕组)通过外接电
电机。通过对样机的试验得到了令人满意的结果，阻短接。这样就省去了滑环，该系统通过改变外接
该电机的原理简图如图1所示。基本结构是一个电阻大小就可以改变电机的转速，下面就详细分
定子，一个转子，一套公共磁路，定子绕组有两套析。

对应不同极数的出线端，一套出线接往工频三相=相工频电
电源作为主功率绕组，另外一套接变频电源作为
控制绕组。在两种极数确定的情况下，通过改变控
制绕组变频器输出的频率来调节转速，实现无级
调速，调速的范围与极数和两套电源的输出频率
有关，具体的转速表达式如下。

一主(／_n)
声十q
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在原理分析中，我们暂时忽略两台电机的损
耗。
假设第一台电机的定子输入的电功率是尸N，
运行于某一转速时的两台电机的转差分别是、
由电机学的基础知识我们可以得出第一台电机

图l产生的机械功率是
从转速的表达式中我们还发现只要变频器输尸：(1一)尸N(1)
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电气传新l997年第6期

在忽略了电机损耗的前提下P就成为第的结构方式是转子反相序连接在此基础上写出

一台电机通过气隙传给第二台电机的电功率．由的转速表达式是
于第二台电机的功率来源于它的转子，因此我们n一(±)／(一q)(7)
称第二台电机的转子为原边．而第二台电机的定随着电力电子技术的发展，人们想到用变频
子为副边。第二台电机轴上产生的机械功率就是器取代电阻以提高效率。就出现了如图l所示的
Pw。一(1)PPN(2)这种系统。
由此，整套极联系统轴上的输出功率在两台1．2功率分配
电机转子绕组反相序相连条件下为下面来分析一下变频器的容量与什么因素有
P一Pp+Pq一(1F·5)P(3)关。
式中的P就是第二台电机定子外接电阻对于普通感应电机有如下关系
上消耗的电功率。I=2／户(rad／s)(8)
现在如果我们改变第二台电机副边电阻的阻式中——第一台电机的定子磁场旋转角速度
值，则消耗在其上的功率P将发生变化。在第一电机的转差
^一定的前提下，将发生变化，即等效滑差s=(】)／(9)

—发生变化，相应的第二台电机的副边电流式中——转子旋转角速度
频率也会随之变化。因此，如果我们能够改变第二转子电流的频率
台电机副边的电流频率，就会反过来改变电机的一5一(1O)
转速。本文所要研究的无刷双馈变频调速电机，即式中——第二台电机原边电流的频率
用变频器来替代原理电机中的外接电阻，既可实那么，第二台电机原边旋转磁场相对于转子的角
速度
现频率的调节又可实现能量的传递以提高效率。
既然改变第二台电机副边的电流频率可调3—2^一sp】户(rad／s)(11)
速，那么这种电机的转速和频率及两台电机的我们设第二台电机副边(即第二台电机的定
极对数是什么样的关系就应该搞清楚。子)的电流频率是，它所产生的旋转磁场