中图分类号：TM36    文献标志码：A
文章编号：1001-6848(2009) 12-0009-04
无刷双馈电机等效电路及运行状态分析
张经纬，王雪帆，黄 琴
（1．华中科技大学电气与电子工程学院，武汉430074
2．中国海洋石油总公司计量检测中心，天津300452）
摘要：通过建立无刷双馈电机( BDFM)同步运行时的等效电路，将各电量分解为实部和虚
部，推导了同步运行时的非线性数学方程，探讨了方程的求解方法。在等效电路的基础上，通过给定参数和输入条件，计算无刷双馈电机在控制绕组采用恒压频比控制方式下的输出转矩范围。仿真和实验结果证明，该等效电路能较好地反映无刷双馈电机同步运行时的运行状态，为分析计算提供了有效的工具，但是不能反映失步的问题，因此具有一定的局限性。
关键词：无刷双馈电机；同步运行；等效电路；非线性数学方程；实验 
                   
0引言
   无刷双馈电机是在级联式电机基础上发展起来的一种新型电机。其定子上有两套绕组，一套直接接到电网，为功率绕组，另外一套通过双向变频器接到电网，称为控制绕组。当无刷双馈电机做电动运行时，通过调节控制绕组的频率，可以实现准确地调速，而且容易降低变频器的容量和电压等级；做发电机运行时，可以实现恒频恒压发电。此外由于取消了电刷装置，结构简单，维护方便，因而在变速驱动( ASD)和恒频恒压发电(VSG)中有广泛的应用前景[1]。
1等效电路
    无刷双馈电机结构示意图如图l所示。假设无刷双馈电机功率绕组和控制绕组的极对数分别为p1，和p2，通人的电流频率分别为f1和f2，并且具有相同的相序，则同步运行时，其转速n满足如下关系式[2]：
    当f2=0时，对应的几r称为自然同步转速。定义s1，和s2：分别为转子相对于功率绕组和控制绕组的转差率，定义s为控制绕组相对于功率绕组的相对转差率，则式中

n1和n2：分别为功率绕组和控制绕组的同步转速。 

 
 图1无刷双馈电机结构示意图
  无刷双馈电机运行时，由于功率绕组和控制绕组分别在气隙中产生两种不同极对数、不同转速的磁场，它们分别在转子中感应出不同频率的电流。当电机的转速满足式(1)时，两套定子绕组感应的转子电流频率相等，转子中只有一种频率的电流，可以将转子回路合二为一，形成如图2所示的等效电路。

  
    图2无刷双馈电机同步运行时的等效电路
    图2所示等效电路经过频率折算和绕组折算后可以得到图3所示的折算以后的等效电路。

  
    图3折算后的等效电路
    图中，R1、R1’、和R2’’：分别表示功率绕组、转子和控制绕组的每相电阻；Xσ1、Xσr’、Xσ2’’分别为功率绕组、转子和控制绕组的每相漏抗；Xm1 和Xm2’’,分别为功率绕组和控制绕组的每相激磁电抗。各参数均为频率折算和绕组折算以后的值。转子电阻和电抗折算到功率绕组的系数为Ke1和ki1，控制统组电阻和电抗折算到功率绕组的系数为Ke1ki1，／（ke2ki2）；Ke1 、ki1分别为转子折算到功率绕组的电压比和电流比；ke2、ki2。分别为转子折算到控制绕组的电压比和电流比；i1、i2、i2’’分别为功率绕组、转子回路和控制绕组中的电流； 分别表示功率绕组和控制绕组的相电压。各电量均为考虑折算以后的值。折算值与实际值的关系为：

其中，N1、N2分别表示功率绕组和控制绕组每相串联有效导体数。
2  同步运行时的转矩计算
    根据图3所示的等效电路，有如下的功率平衡关系：

 

在实际的电机系统中，从电网输入的功率转化为机械功率和热损耗，存在如下关系：

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