非接觸式同步電機轉子勵磁新方法研究

《非接觸式同步電機轉子勵磁新方法研究》是依託哈爾濱理工大學，由王旭東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非接觸式同步電機轉子勵磁新方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王旭東
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

該項目是在經過實驗證明了其可行性的基礎上，提出了非接觸式同步電機轉子勵磁的新方法。該方法採用高頻電源技術，利用磁罐變壓器將能量耦合到轉子，經高頻同步整流後對轉子進行勵磁。這種方法可以取代傳統勵磁系統的電刷和滑環，使得同步電機結構相對簡單，無火花干擾，壽命長。這種方法可以廣泛套用於電勵磁的同步電機系統，還可套用於永磁與電勵磁混合勵磁的同步電機系統，在這種套用情況下，它可以方便地通過改變勵磁方向實現系統的增磁與弱磁。本項目將通過理論分析建立原副邊繞組在相對運動狀態下的磁場模型，並進行仿真分析，揭示電機旋轉速度，高頻變壓器間隙等對勵磁效果的影響。本項目還將通過實驗深入研究非接觸式同步電機轉子勵磁系統的穩定性問題，特別是電機轉子上的電子器件在運動狀態下的穩定性問題。這種方法可廣泛套用於電動車用驅動電機以及汽車發電機等同步電機的勵磁系統。

結題摘要

非接觸式同步電機轉子勵磁的方法採用高頻電源技術，利用磁罐變壓器將能量耦合到轉子，經高頻同步整流後對轉子進行勵磁。這種方法中由於採用了非接觸式的磁罐變壓器 ，取代了傳統勵磁系統的電刷和滑環，不僅可使同步電機結構簡單，而且無火花干擾，壽命長。通過深入了解和研究國內外關於非接觸式變壓器能量傳輸系統的結構和控制方式，對本項目中為實現同步電機無刷勵磁所採用的非接觸式磁罐變壓器結構和控制方法進行了深入的仿真分析和實驗研究。 首先設計磁罐變壓器結構，根據Ansoft電磁場仿真結果確定繞組採用毗連型結構，並利用最優能效積理論確定線圈匝數和氣隙大小，從而確定最佳的耦合係數。其次進行控制電路設計，為了改善初、次級迴路的供電性能，需要對初、次級迴路的無功功率進行補償。通過初級補償，可以提高初級繞組輸入端的功率因數，提高供電質量；在初級輸入電壓相同的情況下，通過次級補償，可以提高系統的輸出功率和傳輸效率。再次完成變壓器、控制電路與同步電機整體安裝實驗，通過同步電機的輸出完成系統整體的閉環控制。最後，設計並加工實現帶有隔離變壓器的一體化同步電機，即將變壓器，控制電路及整流電路與同步電機實現整合。 通過磁場的仿真分析，毗連型的磁罐變壓器結構下具有較強的磁密分布，同時漏磁較低。利用最優能效積理論確定的變壓器結構，以降低11.1%的輸出功率為代價實現了33.3%的效率提升，最終可以達到65%的傳輸效率。通過電路仿真與實驗平台的搭建確定採用串聯-串聯諧振電容補償方式，可以對非接觸式變壓器中漏感所帶來的效率損失進行有效的補償，在諧振頻率附近可以獲得7%左右的效率提升； 項目中最核心的就是起隔離變壓器作用的磁罐變壓器，通過合理設計該變壓器來有效控制電機軸向長度，實現真正意義上的無刷勵磁。高頻電源優越的控制方式彌補了無刷勵磁同步電機的缺陷，可以確保電機無衝擊快速起動，在保持電樞最大電壓不變的條件下，通過增弱磁控制實現系統寬調速運行，同時保證了系統高速運行所需要的功率。電力電子變換器和數字控制器的結合，使得電機性能參數現場可控，磁通可調，從而實現電機驅動系統的機電結合、動靜結合，形成一類新的高效電機系統。