《無刷自勵多相空芯脈衝發電機及其脈衝成形技術研究》是依託華中科技大學，由葉才勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無刷自勵多相空芯脈衝發電機及其脈衝成形技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉才勇
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空芯脈衝發電機因具備高密度儲能、高功率放電和脈衝成形三大功能於一體，是最具潛力的小型化高能脈衝功率電源之一。其關鍵技術包括電機本體研製及其脈衝成形技術等。空芯脈衝發電機相對鐵芯電機具有更高的儲能密度和功率密度，但也帶來勵磁電流大、系統效率低；放電脈衝波形可調性差、適用範圍小等問題。本項目旨在通過新的電機結構和繞組設計，結合最佳化的系統控制策略，實現空芯脈衝發電機無刷勵磁和輸出脈衝波形的靈活調節，以提高系統效率、可靠性和通用性。利用空芯旋轉脈衝變壓器無刷勵磁，解決有刷勵磁方式下高速大電流所導致的發熱及可靠性差的問題；通過無刷勵磁的方式，實現對勵磁電流波形的靈活調節；採用雙兩相電樞繞組結構，利用兩相電樞繞組磁場解耦的特性，實現放電脈衝波形的靈活調節。因此，提高空芯脈衝發電機的運行性能，並拓展其套用範圍，促進補償脈衝發電機型高能脈衝電源系統技術進步。
結題摘要
空芯脈衝發電機因具備高密度儲能、高功率放電和脈衝成形三大功能於一體，被認為是最具潛力的小型化高能脈衝功率電源之一。空芯結構相對鐵芯結構具有更高的儲能密度和功率密度，但也帶來勵磁電流大、放電脈衝波形可調性差等問題。如何通過電機與系統方案最佳化，得到通用性強高性能脈衝功率電源是本課題需要研究的問題。本項目擬採用旋轉交流勵磁，通過脈衝自勵和他勵相結合的方式，既可以對勵磁電流波形進行調節，又解決高速大電流所導致的電刷磨損及發熱；採用雙兩相電樞繞組結構及零磁通放電控制策略，利用兩相電樞繞組磁場解耦的特性，實現放電脈衝波形的靈活調節及與負載的良好匹配。因此，通過系統級最佳化設計及與負載匹配的脈衝成形技術，可充分發揮出空芯脈衝發電機電源系統各種優越性能。本項目通過四餘年的研究工作，已基本完成項目計畫的大部分內容，驗證了提出的無刷勵磁空芯脈衝發電機的結構與原理的正確性。此外本項目還提出了電動/發電一體化無刷勵磁空芯脈衝發電機系統結構，使得空芯脈衝發電機進一步小型集成化。本項目的主要研究成果和結論：（1）提出了一種電動/發電一體化無刷勵磁多相空芯脈衝發電機可行的新型方案，不僅解決了傳統空芯脈衝發電機有刷勵磁方式下高速大電流所導致的電刷滑環可靠性問題，還省去了為勵磁繞組提供種子電流的電容器組，並集成了外部拖動電機運行的原動機，實現了空芯脈衝發電機進一步小型集成化；（2）提出了一種新型籠型交叉繞組及其設計方法，省去了反相序連線繞線式繞組的四個端部，減小了轉子電阻（損耗），縮短了電機長度，提高了電機功率密度，這種結構亦能在普通的鐵芯級聯式無刷雙饋電機內採用。（3）研究了無刷勵磁空芯脈衝發電機的設計方法與性能分析理論，主要包括：該新型電機的基本運行原理、電機內電磁場的分析方法、穩態等效電路模型、電機系統在d-q坐標系中的動態方程組、全套電磁參數及結構參數的計算程式、模型的設計與最佳化、模型機性能仿真、高速轉子靜力學與動力學仿真、電機溫升仿真等。（4）研製了一台電動/發電一體化無刷勵磁空芯脈衝發電機樣機，並開展了電機測試基本實驗及低速時集成原動機勵磁的脈衝放電實驗。實驗結果與仿真結果基本吻合，驗證了電機的運行原理。（5）已經發表學術論文27篇，包含SCI收錄論文22篇。（6）培養博士研究生1名，碩士研究生2名。
