專利名稱：模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及一種交流電機(jī)，特別是一種模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)及其控制方法。該電機(jī)既可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
背景技術(shù)：
:模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的定子上包括2p極的三相對(duì)稱功率繞組和2q極的三相對(duì)稱控制繞組(或者2q極的三相對(duì)稱功率繞組和2p極的三相對(duì)稱控制繞組)，且均滿足2p_2q ^ 4，兩套繞組之間的耦合是由PfP+q對(duì)極特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此該種電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)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(jī)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(diǎn)是制造工藝與常規(guī)電機(jī)類似，缺點(diǎn)是對(duì)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(jià)的，而且對(duì)定子兩套繞組耦合能力欠佳，電機(jī)的動(dòng)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(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何銅損耗，對(duì)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(duì)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(qiáng)，但制造工藝復(fù)雜，在大型定子雙繞組交流電機(jī)中應(yīng)用困難。此外，常規(guī)定子雙繞組交流電機(jī)的控制系統(tǒng)受不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響較大，具有抗干擾能力差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)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(duì)定子兩套繞組耦合能力實(shí)現(xiàn)最大化，從而具有高功率密度和優(yōu)良穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的新型模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也大大提高了該種交流電機(jī)的抗擾動(dòng)能力。技術(shù)方案:本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，主要包括定子、轉(zhuǎn)子、雙向逆變器，其特征在于:在定子上安放2p極的三相對(duì)稱功率繞組和2q極的三相對(duì)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，轉(zhuǎn)子采用K個(gè)相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個(gè)具有P1^個(gè)凸極型的轉(zhuǎn)子，每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過(guò)定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連，套筒通過(guò)轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸固定在一起；每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個(gè)徑向梯形槽，徑向梯形槽間距可以相等也可以不等，每個(gè)梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)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(gè)公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙一直達(dá)到套筒外表面，每個(gè)公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)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；籠障轉(zhuǎn)子模塊中心處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(gè)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?；\障轉(zhuǎn)子兩端裝有壓板，壓板與轉(zhuǎn)子間加絕緣層隔離，壓板上鉆有與籠障轉(zhuǎn)子定位孔位置相同定位孔，非導(dǎo)磁材料制成的壓緊螺桿沿軸向穿過(guò)全部定位孔，在壓板兩端利用螺母壓緊固定。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同層槽內(nèi)的公共籠條通過(guò)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(guò)端部導(dǎo)電環(huán)(17)相連；也可以在相鄰兩個(gè)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(duì)應(yīng)的同層短路籠條端部通過(guò)導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)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(duì)應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過(guò)導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)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。整個(gè)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。套筒的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒；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。轉(zhuǎn)子隔磁層的形狀可以為弧形磁障式轉(zhuǎn)子或U形磁障式轉(zhuǎn)子。一種如上所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對(duì)模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)具有不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，利用負(fù)延遲方法，通過(guò)調(diào)整延遲時(shí)間來(lái)消除不確定干擾信號(hào)，并引入了 H00控制策略，進(jìn)而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用功率繞組dq坐標(biāo)系，則模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程為
權(quán)利要求
1.模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，主要包括定子(I)、轉(zhuǎn)子(2)、雙向逆變器(3)，其特征在于:在定子(I)上安放2p極的三相對(duì)稱功率繞組(5)和2q極的三相對(duì)稱控制繞組(6)，或者功率繞組(5)的極數(shù)和控制繞組(6)的極數(shù)互換，且均滿足2p_2q ^ 4，轉(zhuǎn)子(2)由p^p+q個(gè)相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成一個(gè)具有K個(gè)凸極型的轉(zhuǎn)子，每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊內(nèi)側(cè)通過(guò)定位槽(12)與非導(dǎo)磁材料制成的套筒(13)相連，套筒(13)通過(guò)轉(zhuǎn)軸上的定位銷與轉(zhuǎn)軸(14)固定在一起；每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊外表面開有多個(gè)徑向梯形槽，徑向梯形槽間距相等或者不等，每個(gè)梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成短路籠條(10);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個(gè)公共梯形槽，且公共梯形槽底部的間隙(15)深度一直達(dá)到套筒(13)外表面，每個(gè)公共梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，每個(gè)公共梯形槽內(nèi)放入若干根導(dǎo)體組成公共籠條(9);公共籠條(9)和短路籠條(10)分別采用端部導(dǎo)電環(huán)(17)連接形成導(dǎo)電回路；籠障轉(zhuǎn)子模塊中心處開有多組切向隔磁層(7)，分別與各自兩側(cè)嵌放短路籠條(10)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(gè)導(dǎo)磁層(8 )。
2.權(quán)利要求1所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，其特征在于:功率繞組(5)與電網(wǎng)(4)相連，控制繞組(6)與雙向逆變器(3)的一端相連，雙向逆變器(3)另一端與電網(wǎng)(4)相連。
3.權(quán)利要求1所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，其特征在于:放置公共籠條(9)和短路籠條(10)的梯形槽的槽口處開有內(nèi)豁口并嵌放槽楔(16);公共籠條(9)端部鏈接形式可以為: 端部導(dǎo)電環(huán)(17)將公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(9)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(9)分成兩部分，兩部分公共籠條(9)分別與相鄰公共梯形槽內(nèi)同層的公共籠條(9)通過(guò)端部導(dǎo)電環(huán)(17)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(9)通過(guò)端部導(dǎo)電環(huán)(17)相連；也可以在相鄰兩個(gè)公共梯形槽內(nèi)放置多匝線圈導(dǎo)體；短路籠條(10)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(duì)應(yīng)的同層短路籠條(10)端部通過(guò)導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)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(duì)應(yīng)梯形槽的內(nèi)層短路籠條通過(guò)導(dǎo)體相連，形成多組獨(dú)立的交叉型同心式環(huán)形回路；也可以在相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)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所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，其特征在于:籠障轉(zhuǎn)子兩端裝有壓板，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(guò)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所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，其特征在于:整個(gè)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所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，其特征在于:套筒(13)的形式可以為圓形套筒或多邊形套筒；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。
7.權(quán)利要求1所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)，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所述模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的控制方法，其特征在于:控制方式采用PIMD控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤，其控制思想是針對(duì)模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)具有不確定性參數(shù)變化和擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，利用負(fù)延遲方法，通過(guò)調(diào)整延遲時(shí)間來(lái)消除不確定干擾信號(hào)，并引入了 H00控制策略，進(jìn)而提高系統(tǒng)的魯棒性；具體為:采用功率繞組dq坐標(biāo)系，則模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)的控制方法，其特征在于:在PMD控制中加入權(quán)值函數(shù)，即可將其轉(zhuǎn)化為H00控制問(wèn)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)明涉及一種模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)。其特征在于在定子上安放三相對(duì)稱功率繞組和三相對(duì)稱控制繞組，即為電機(jī)的雙電端口，轉(zhuǎn)子采用相同的籠障轉(zhuǎn)子模塊沿圓周方向拼成具有外凸極型的轉(zhuǎn)子，每個(gè)籠障轉(zhuǎn)子模塊通過(guò)定位槽與非導(dǎo)磁材料制成的套筒相連；籠障轉(zhuǎn)子模塊開有數(shù)個(gè)徑向梯形槽，每個(gè)梯形槽沿徑向具有數(shù)個(gè)不等的階梯槽寬，梯形槽內(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，模塊拼接后在其相接處形成公共梯形槽，槽底部的間隙深度達(dá)到套筒外表面，槽內(nèi)放入公共籠條；其目的在于提出了一種既便于加工制造，又可使得對(duì)定子兩套繞組耦合能力實(shí)現(xiàn)最大化，具有高功率密度和優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能的模塊化籠障轉(zhuǎn)子定子雙電口交流電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K19/12GK103166403SQ201310111330
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)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 申請(qǐng)人:張鳳閣