无刷双馈电机定子结构设计

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1、无刷双馈电机的定子结构设计XXX,XXX（天津同羽嘉禾节能科技有限公司）摘要：在交流调速电机中，无刷双馈电机是最新型的一种电机。文章介绍了该种电机的简单工作原理及结构组成，并对定子结构设计进行分析，为无刷双馈电机设计生产提供理论基础。关键词：无刷双馈；电机；定子；结构;原理0引言交流电动机变频调速是电机及其控制领域一个十分重要研究课题。长期以來，为满足不同场合的需求，提出和采用了各种结构形式的交流电机及其控制方法，无刷双馈电机就是近年这方面研究的一种新型电机。它采用电网电源和变频电源同时馈电的方

2、式，具有可调的功率因数，优良的四象限运行能力，可靠性高,且运行时，并不要求变频器提供全功率，而只要求提供“转差功率”，这样不仅变频器容量小，也可采用较低电压等级，大大降低了整个系统的成本。无刷双馈电机是当前电机及其控制领域研究热门课题，尽早将其实用化，一直以来是国内外研究者的梦想。1无刷双馈电机的工作原理无刷双馈电动机是一种具有两套不同极对数的定子绕组和一套经过特殊设计的绕线转子的新型电动机。转子上取消电刷和滑环。经过特殊设计的转子绕组使得两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对

3、其相互作用进行控制来实现能量传递。其中一套高压定子绕组为功率绕组，接固定工频电源,传递主要功率；另一套定子绕组低压为控制绕组，通过频率控制可实现对电动机的变频调速运行。无刷双馈电机因为是两套不同极对数的定子绕组，所以其绕组结构与普通电机有着很大区别，图1为无刷双馈电机绕组示意图：工频绕组(接高压工频电源)变频绕组(低压变频控制)转子绕组(经过特殊设计)无刷双馈电机绕组示意图图1无刷双馈电机绕组示意图其控制系统与电机配套示意如图2：电网图2无刷双馈电机工作原理示意图利用工频绕组和变频绕组所产生的旋

4、转磁场相互作用原理，通过同时检测无刷双馈电动机两套定子绕组的电压、电流，并进行傅立叶分解和矢量运算，对变频绕组进行变频变压控制，进而实现变频调速运行。无刷双馈电动机有两套定子绕组，分别提供不同电压、不同频率的工作电源，其输出转速满足：“几±£77=60—Pp+Pc其中(fp)为工频绕组频率，(fc)为变频绕组频率，(Pp)为工频绕组极对数，(Pc)变频绕组极对数。定义(fp)和(fc)均为+50IIZ时,电动机的理想转速为额定转速，定义（fp）为50Hz,（fc）为0Hz时，电动机的理想转速为自

5、然同步转速，那么当（fc）为负频率时，电动机运行在次同步速状态，（fc）为正频率时电动机运行在超同步速，由无刷双馈电动机的特性决定，当（fc）为正频率吋，变频绕组向电网吸收功率，当（fc）为负频率吋变频绕组向电网输送功率，可见只有在超同步速运行时，电动机才具有高效特性，也就是从50%到100%额定转速的调速范围内，其电功率分别从工频绕组和变频绕组向电动机输送，效率很高。2无刷双馈电机结构无刷双馈同步电动机整体结构采用屮型异步电动机方箱结构设计，此种结构不仅结构强度好、而且美观大方。电机风路采用混

6、流式通风结构，采用上水冷冷却器或空冷，保障电机风路合理，散热良好。电机为封闭式卧式安装结构，防护等级IP55,轴承结构采用滚动轴承或滑动轴承，如图3。图3电机结构3定子设计定子采用外压装结构，定子铁心焊筋结构与一般异步电机一致。主耍由定子铁心、定子线圈、机座等部件组成，定子具有两套相互独立的绕组，一套绕组为高压绕组，另一套绕组为低压绕组，两套绕组均为成型线圈，分别引入独立的接线盒。3.1定子铁心定子铁心由定子冲片、通风槽板、定子压圈、定子筋组成。定子冲片在设计时可以借用相应的高压普通电机，以节约

7、成本。定子压圈分布在铁心两侧，定子筋在冲片外圆焊接，图4为定子铁心结构示意图。图4定子铁心结构示意图3.2定子线圈定子线圈的设计和制造是无刷双馈同步电动机技术难点，定子线圈有两套叠绕组，一套为单层叠绕组，一套为双层叠绕组，线圈端部斜边需要向外弯折以避免干涉，所以在制造线圈时需特殊设计模具。线圈采用铜扁线绕制而成，线圈设计采用成型线圈伊索拉程序，结合三维进行验证，在实际牛产时应准备几种长度的梭形进行现场试验。图5定子线圈设计3.3机座机座起着固定、支撑、保护定子铁心、定子绕组的作用，同时还构成电动

8、机通风循环回路，因此，机座必须设计成具有足够的强度和支撑刚度。机座结构特点如下：1）方箱结构，采用钢板焊接而成；2）中间环筋板用来支撑有绕组定子铁心；3）满足混流通风风路的要求，非轴伸端环筋板上没有通风孔，另外两个环筋板上开有通风孔，而且靠近轴伸端的环筋板通风孔要比中间环筋板通风孔要大，以满足风量的要求；4）机座用四根钢管和两个角钢加以支撑，以保证机座强度；5）机座焊接后进行时效处理，消除应力。在设计中要求对机座进行固有频率、受力及变形分析。应用大型有限元分析软件对机座固有频率进行分析，从而避开