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无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,BDFM)具有变频器容量小、功率因数可调、转速调节灵活等优点,通过改变控制绕组的联接与馈电方式,可实现异步、同步、双馈亚同步和超同步等多种不同的运行模式,在变频调速领域和变速恒频发电领域具有良好应用前景。然而,BDFM转子结构及其磁场调制能力是决定其推广应用的关键问题之一。为此,本文针对带公共笼条公共端环的笼型转子BDFM,通过理论分析、有限元仿真、样机试制与实验,研究其运行性能。 首先,简要介绍了BDFM的基本结构、工作原理和运行模式;其次,以带公共笼条公共端环的笼型转子BDFM为研究对象,建立了二维时变非线性电磁场场路耦合的有限元模型,计算得到了BDFM在不同运行模式下的磁场分布,表明该种转子具有“极数转换”功能;第三,对BDFM样机的电磁设计数据进行了优化与微调,在此基础上试制了1台样机,并搭建了BDFM实验平台,对其开展了一系列的实验研究,进而把有限元计算结果和实验数据进行了对比分析;第四,首次对BDFM的异步运行模式进行分类,提出了“单馈异步”和“双馈异步”运行的概念;最后,对调两套定子绕组进行对比实验,并提出了BDFM“常态”运行和“异态”运行的概念。 结果表明,带公共笼条公共端环笼型的转子具有较好的磁场调制作用,试制的样机是可行的,且符合BDFM的基本运行特性;样机在单馈异步运行模式下,其运行特性与普通三相鼠笼感应电动机类似,而在双馈异步运行模式下,样机控制绕组(副绕组)感应电流的频率取决于转速,而非变频器的频率;在同一工作模式、不同运行状态下,样机的运行特性相差很大,不同转子结构具有与其相对应的更佳状态,在设计与运行时应考虑BDFM工作于“常态”还是“异态”。 本文的研究工作为进一步深入研究笼型转子BDFM的运行特性提供了参考,为其理论研究提供了丰富而可靠的实验数据支撑。