机电能量转换徐大明

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1、机电能量转换论文姓名：徐大明学号：M120707指导老师：曾励时间：2012年12月14日基于感应电机的双转子机电能量变换器的原理及数学模型1.基于感应电机的双转子机电能量变换器的原理1.1电机双转子结构思想的提出传统电机只拥有一个运动部件——转子，这是电机的机械端口，还拥有一套同电源连接的绕组——电气端口，电机就是通过这两个端口与外界交换能量，端口数目决定了在任何时候，电机内的能量要么从机械端口流向电气端口，要么从电气端口流向机械端口。当电机内出现第二个电气端口，情况发生改变，电能流动出现多样性，典型的例子就是绕线转子感应电机。电

2、气端口的增加配合合理的铁心设计可以增加电机的功率密度和转矩，比如双定子电机。既然可以增加电气端口，同样也可以增加机械端口，即增加转子数目，使机械能的流动多样化。另外，一台电机工作状态是单一的，如果将两台电机以电气或者机械方式合并为一个装置也可以改变这种状况，所以，双转子机电能量变换器在有些时候可以看作两台电机的耦合。1.2分体式双转子机电能量变换器分体式双转子机电能量变换器结构形式简单，可由两台普通电机经机械耦合得到，图1—1中为两台普通的笼式感应电机，把他们的转子连接到图1—2的并行式双定子电机，再将定子中的一个改为旋转部件并安转

3、轴，原来的定子绕组通过滑环与外界电源连接，这就是一台分体式双转机电能量变换器，加入控制器和电池组就构成图1—3中完整的分体式双转机电能量变换器系统。控制器可以是直交变频器，也可以是交直交或交交频器，视电源情况而定。电池组可以换成超级电容等其他储能装置，甚至交流电网，不同应用场合有不同组合，考虑到在EV上应用，图中制器采用直流输入，储能装置为电池组。此时，中的系统可看作两台在电磁上独立的电机，由各自的控制器分别控制，定子改装的电机称为主电机，另一台称为副电机。当外部力矩T1带动绕线转子旋转时，控制器1使主电机产生电磁转矩Te1与之平衡

4、，绕线转子转速为ω1，控制器2使副电机输出电磁转矩Te2，Te1与Te2合成输出转矩T2，克服负载力矩，转子旋转速度为ω2。在不考虑损耗的理想状态下，如果电池组不输入电能，则系统输入机械功率。1—1主电机电磁转矩作用于转子，直接输出机械功率1—2控制主电机工作在发电状态，电机向控制器回馈电能，功率为1—3将这部分回馈电能完全通过副电机输出，则系统完成衡功率传递，输出转矩1—4式中n为速比ω1/ω2由式2—4可知，在衡功率传递的前提下，通过控制双转子机电能量变换器两转子的转速比n，可以得到不同的输出转矩，这和传统机械变速箱完成的功能相

5、仿。与之不同的是，输入机械能的传递被分割为两部分，一部分因为主电机电磁转矩Te1作用在转子上直接以机械能的形式输出，而另外一部分则通过主电机转换为电能，从电气端口传递到副电机，变换为机械能输出。相对机械传递，能量以电能形式传递效率较高，且电池组的存在可以使双转子机电能量变换器输出比机械变速箱更大的扭矩和功率，工作方式更为灵活，负载小的时候可以将多余能量暂时存储，负载大时将存储能量和输入机械能一并输出。在混合电动汽车中应用时，主电机的绕线转子直接和发动机轴连，转子轴和整车主轴相连，发动机输出能量以前述方式传递到车轮。汽车启动时，可充当

6、一体式启动发电机，完成电起机和电起车功能；行驶时，通过对双转子机电能量变换器的控制，优化发动机工作点，使其始终工作在高效区；在汽车减速或刹车时，可以回馈制动；当电机不工作时，发动机与整车主轴失去联系，双转子机电能量变换器起到离合器的作用。1—1两台普通感应电机1—2并行式双定子电机1—3分体式双转子机电能量变换器系统2.同心式双转子机电能量变换器将分体式双转子系统中的笼式转子合并成一块铁心，做成杯形中间转子，其内外表面开槽分别放置两套导条，绕线转子缩小铁心外径，成为内转子放置在最里侧，外表面开槽放置绕组。这就是将主电机和副电机作同心

7、式排列，构成同心式双转子系统，如图下图所示。同心式双转子系统相对分体式系统，同心式排列增加了装置的径向尺寸，有利于输出大转矩，轴向尺寸减小一倍，省去两个笼式转子的连接部件，整体结构更为紧凑。同心式与分体式最大的区别就是中间转子铁心的合并，使两台电机存在电磁耦合，中间转子铁心厚度大于内外侧气隙磁通穿透铁心深度时，同心式双转子机电能量变换器仍然可以认为是两台独立工作的电机。减小铁心厚度，两台电机磁场相互影响，成为一套与传统电机完全不同的机电换能装置。但他仍然具有同分体式系统相同的功能和转矩转速关系。本文将在分体式系统的基础上主要对基于感

8、应电机的同心式双转子机电能量变换器进行研究分析。