無刷雙饋電機的設計主要為定子和轉子繞組的設計。
定子繞組的設計因無刷雙饋電機在定子中有兩個不同極數的繞組, 所以通常我們將極數較多的繞組(功率繞組)作為主繞組, 以承擔電機的大部分功率;而極數較少的繞組(控制繞組)作為副繞組, 並作為電機的勵磁繞組, 承擔電機的小部分功率。 本文主繞組極對數選取為3對極, 副繞組選取為1對極。
無刷雙饋電機的定子繞組通常有兩種形式, 一種是單繞組結構;一種是雙繞組結構。 單繞組結構既一套繞組有兩個埠六個出線端, 分別作為工頻和變頻電源的接入口,
雙繞組方案既定子內下兩套不同極對數的繞組, 這兩套繞組分別為獨立的三相對稱繞組, 這種方案比較靈活, 雖然槽的利用率稍低一些, 但是能夠比較好的滿足主、副繞組之間較理想的耦合關係。 本文設計的無刷雙饋電機即採用了雙繞組方案。 定子槽數的選取滿足一般感應電機的設計原則, 因此, 本文中定子槽數選取為:Z1=36
轉子繞組的設計當定子主副繞組選取為Pp、Pc時, 無論無刷雙饋電機的轉子採用什麼結構, 電機轉子的極對數一般選取為:Pr=Pp+Pc, 這時的無刷雙饋電機等效於一台2(Pp+Pc)極的交流感應電機。
轉子槽數的確定滿足無刷雙饋電機運行時轉子電流磁勢對定子磁場調製的原理[4], 因此轉子槽數的選擇滿足下述公式:
Z2=(2k+1)(Pp+Pc) k=1,2,3…
所以本文選取當k=3時, Z2=28
另外,
電機的機座選取為Y系列機座,
然後額定功率選為7.5kw,並將得到的資料及設計值輸入到Ansoft的RMXprt 中,
得到電機模型,
如圖1所示。
圖1 無刷雙饋電機有限元模型
其中, 定子槽內繞組的分佈如圖2所示, 從減小端部漏抗等方面考慮, 一般將多極數繞組(功率繞組)放在槽的上部空部空間, 少極數繞組(控制繞組)放置在槽的下部空間。
圖2 定子槽內分佈
(摘編自《電氣技術》, 原文標題為“風力發電中無刷雙饋電機的設計與工作原理”, 作者為李旭、焦曉佑。 )