專利名稱：具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及一種交流電機，特別是一種具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機及其控制方法。該電機既可作電動機運行，又可作發(fā)電機運行。
背景技術(shù)：
:具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的定子上包括2p極的三相對稱功率繞組和2q極的三相對稱控制繞組(或者2q極的三相對稱功率繞組和2p極的三相對稱控制繞組)，且滿足2p_2q ^ 4，兩套繞組之間的耦合是由PfP+q對極特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)的，因此該種電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對電機的穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)特性和功率密度等將產(chǎn)生重要影響?？捎糜谠摲N電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要包括繞線式和磁阻式兩大類。其中繞線式包括單層同心式短路繞組，齒諧波雙層分布繞組；磁阻類包括具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉(zhuǎn)子、軸向疊片磁阻轉(zhuǎn)子。繞線類轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是制造工藝與常規(guī)電機類似，缺點是對定子兩套繞組的耦合完全是以犧牲轉(zhuǎn)子繞組銅耗為代價的，而且對定子兩套繞組耦合能力欠佳，電機的動態(tài)性能也較差，而齒諧波雙層分布繞組的工藝性欠佳。磁阻類轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子上沒有任何銅損耗，對定子兩套繞組耦合能力和加工復(fù)雜程度各異。具有齒槽的徑向疊片凸極磁阻轉(zhuǎn)子易于加工，但對定子兩套繞組的耦合效果欠佳；軸向疊片磁阻轉(zhuǎn)子的耦合能力強，但制造工藝復(fù)雜，在大型定子雙繞組交流電機中應(yīng)用困難。此外，常規(guī)定子雙繞組交流電機的控制系統(tǒng)受不確定性參數(shù)變化和擾動影響較大，具有抗干擾能力差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本 發(fā)明提供一種具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機及其控制方法，其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可使得對定子兩套繞組耦合能力實現(xiàn)最大化，從而具有高功率密度和優(yōu)良穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能的新型具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機結(jié)構(gòu)，同時也大大提高了該種交流電機的抗擾動能力。技術(shù)方案:本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，主要包括定子、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子雙向逆變器，其特征在于:內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子分別位于定子的內(nèi)外兩側(cè)，兩個轉(zhuǎn)子通過法蘭盤同軸連接在一起，其中定子內(nèi)外兩側(cè)均安放2p極的三相對稱功率繞組和2q極的三相對稱控制繞組，功率繞組的極數(shù)和控制繞組的極數(shù)亦可互換，且均滿足2p_2q ^ 4 ;內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子分別由p^p+q個相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成具有!^個凸極型的轉(zhuǎn)子，籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連，套筒通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸固定在一起；外轉(zhuǎn)子籠障模塊外側(cè)通過定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連；每個籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個徑向梯形槽，每個籠障外轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)表面開有多個徑向梯形槽，所有徑向梯形槽間距可以相等也可以不等，對于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子，所有梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊拼接后在其相接處形成h個公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙深度一直達到套筒表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條；公共籠條和短路籠條分別采用端部導(dǎo)電環(huán)連接形成導(dǎo)電回路；籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊和籠障外轉(zhuǎn)子模塊中心處都開有多組切向隔磁層，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)形成多個導(dǎo)磁層。功率繞組與電網(wǎng)相連，控制繞組與雙向逆變器的一端相連，雙向逆變器另一端與電網(wǎng)相連。放置公共籠條和短路籠條的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔；公共籠條端部鏈接形式可以為:端部導(dǎo)電環(huán)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條兩側(cè)端部全部連在一起；也可以將公共梯形槽內(nèi)單層公共籠條分成兩部分，兩部分公共籠條分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)相連；也可以將公共梯形槽內(nèi)外層公共籠條與單側(cè)相鄰公共梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條通過端部導(dǎo)電環(huán)相連；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條端部鏈接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對應(yīng)的同層短路籠條端部通過導(dǎo)體相連，形成多組獨立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路；也可以將外層短路籠條與相對應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過導(dǎo)體相連，形成多組獨立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對應(yīng)的兩個同層梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，同一轉(zhuǎn)子模塊上的多組線圈導(dǎo)體匝數(shù)可以相同也可不同?；\障內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的兩端分別裝有壓板，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔位置相同的定位孔，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙和模塊內(nèi)磁障縫隙內(nèi)可澆注耐高溫非導(dǎo)磁材料或者不澆筑。套筒上用于安裝轉(zhuǎn)子模塊的定位槽形式為矩形槽或燕尾槽；內(nèi)轉(zhuǎn)子套筒的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒。

轉(zhuǎn)子模塊隔磁層的形狀可以為弧形磁障縫隙或U形磁障縫隙。一種如上所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的控制方法，其特征在于:控制方式采用PMD控制方法來實現(xiàn)具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機具有不確定性參數(shù)變化和擾動影響的特點，利用負延遲方法，通過調(diào)整延遲時間來消除不確定干擾信號，并引入了 H00控制策略，進而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用功率繞組dq坐標(biāo)系，則具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程為Te = I (/', + )'/、‘ =.,警 + —, + I' ⑴式中，Pp和P。分別表示功率繞組和控制繞組的極對數(shù)，^dp為功率繞組磁鏈的d軸分量，iqc為控制繞組電流的q軸分量，為轉(zhuǎn)速輸出，J為轉(zhuǎn)子機械慣量，B為轉(zhuǎn)動阻尼系數(shù)，Te為總電磁轉(zhuǎn)矩，T1為負載轉(zhuǎn)矩。對式(I)兩邊進行拉氏變換，可得標(biāo)稱模型的傳遞函數(shù)P(S)為
權(quán)利要求
1.具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，主要包括定子(I)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(2)、外轉(zhuǎn)子(3)雙向逆變器(4)，其特征在于:內(nèi)轉(zhuǎn)子(2)和外轉(zhuǎn)子(3)分別位于定子(I)的內(nèi)外兩側(cè)，兩個轉(zhuǎn)子通過法蘭盤同軸連接在一起，其中定子(I)內(nèi)外兩側(cè)均安放2p極的三相對稱功率繞組(6)和2q極的三相對稱控制繞組(7)，或者功率繞組(6)的極數(shù)和控制繞組(7)的極數(shù)互換，且均滿足2p_2q ^ 4 ;內(nèi)轉(zhuǎn)子(2)和外轉(zhuǎn)子(3)分別由p^p+q個相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成具有P1 個凸極型的轉(zhuǎn)子，籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過定位槽(13)與非導(dǎo)磁材料制成的套筒(14)相連，套筒(14)通過轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸(15)固定在一起；外轉(zhuǎn)子籠障模塊外側(cè)通過定位槽(13)與非導(dǎo)磁材料制成的套筒(14)相連；每個籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個徑向梯形槽，每個籠障外轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)表面開有多個徑向梯形槽，所有徑向梯形槽間距相等或者不等，對于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子，所有梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條(11)，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊拼接后在其相接處形成h個公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙(16)深度一直達到套筒(14)表面，每個公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個不等的階梯槽寬，每個公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條(10);公共籠條(10)和短路籠條(11)分別采用端部導(dǎo)電環(huán)(18)連接形成導(dǎo)電回路；籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子模塊和籠障外轉(zhuǎn)子模塊中心處都開有多組切向隔磁層(8)，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條(11)的梯形槽組合形成多組徑向疊片磁障，在籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)形成多個導(dǎo)磁層(9)。
2.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:功率繞組(6)與電網(wǎng)(5)相連，控制繞組(7)與雙向逆變器(4)的一端相連，雙向逆變器(4)另一端與電網(wǎng)(5)相連。
3.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:放置公共籠條(10)和短路籠條(11)的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔(17);公共籠條(10)端部鏈接形式可以為:端部導(dǎo)電環(huán)(18)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(10)兩側(cè)端部全部連在一起；也可以將公共梯形槽內(nèi)單層公共籠條(10)分成兩部分，兩部分公共籠條(10)分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(10)通過端部導(dǎo)電環(huán)(18)相連；也可以將公共梯形槽內(nèi)外層公共籠條(9)與單側(cè)相鄰公共梯形槽內(nèi)的內(nèi)層公共籠條(10)通過端部導(dǎo)電環(huán)(18)相連；也可以在相鄰兩個公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條(11)端部鏈接形式可以為:以籠障轉(zhuǎn)子模塊徑向?qū)ΨQ線為中心，將兩側(cè)相對應(yīng)的同層短路籠條(11)端部通過導(dǎo)體相連，形成多組獨立的同心式環(huán)形導(dǎo)電回路；也可以將外層短路籠條與相對應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過導(dǎo)體相連，形成多組獨立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對應(yīng)的兩個同層梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體，同一轉(zhuǎn)子模塊上的多組線圈導(dǎo)體匝數(shù)可以相同也可不同。
4.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:籠障內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的兩端分別裝有壓板，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔(11)位置相同的定位孔(11)，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過全部定位孔(11)，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。
5.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子安裝繞組后余下的公共梯形槽縫隙 和模塊內(nèi)磁障縫隙內(nèi)可澆注耐高溫非導(dǎo)磁材料或者不澆筑。
6.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:套筒(13)上用于安裝轉(zhuǎn)子模塊的定位槽形式為矩形槽或燕尾槽；內(nèi)轉(zhuǎn)子套筒(13)的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒。
7.權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機，其特征在于:轉(zhuǎn)子模塊隔磁層的形狀可以為弧形磁障縫隙或U形磁障縫隙。
8.—種如權(quán)利要求1所述具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法來實現(xiàn)具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機具有不確定性參數(shù)變化和擾動影響的特點，利用負延遲方法，通過調(diào)整延遲時間來消除不確定干擾信號，并引入了H00控制策略，進而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用功率繞組dq坐標(biāo)系，則具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機的控制方法，其特征在于:在PIMD控制中加入權(quán)值函數(shù)，即可將其轉(zhuǎn)化為H00控制問題；設(shè)權(quán)值函數(shù)的狀態(tài)空間形式為
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機。其特征在于所述電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子分別位于定子內(nèi)外兩側(cè)，定子內(nèi)外側(cè)均安放三相對稱功率繞組和三相對稱控制繞組，內(nèi)外轉(zhuǎn)子分別采用相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成具有凸極型的轉(zhuǎn)子，每個籠障轉(zhuǎn)子模塊通過定位槽與套筒相連；籠障轉(zhuǎn)子模塊開有多個徑向梯形槽，槽內(nèi)放入短路籠條，相鄰籠障轉(zhuǎn)子模塊相接處為階梯型豁口，相鄰模塊拼接后在其相接處形成公共梯形槽，槽底部的間隙達到套筒表面，槽內(nèi)放入公共籠條；其目的在于提出了既便于加工制造，又可使得對定子兩側(cè)功率繞組和控制繞組耦合能力實現(xiàn)最大化，從而具有高功率密度和優(yōu)良動態(tài)性能的新型具有雙籠障轉(zhuǎn)子的定子雙繞組交流電機。
文檔編號H02K19/12GK103166396SQ20131010912
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者張鳳閣, 金石, 王秀平, 朱連成, 杜光輝 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)