无刷双馈电机（BDFM）工业领域应用研究

陶忠良　赵文卓

摘 要：无刷双馈电机（BDFM）在连接方式上采用同轴串级连接两台绕线式异步感应电动机，这种连接方式无论在电气还是机械上都使两台电动机能够互相耦合。文中将BDFM在船用轴带发电系统中的应用做了设计，同时对电机空载特性和负载时转速及负载变化对电机系统的影响做了具体实验性研究。

关键词：BDFM 调速 运行方式 负载分析

中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0055-01

设计中以两台极数为4/8极的Y315M-8样机为设计平台，对它们进行理论研究和实验探索，设计定子及转子电机方案并研究其空载和负载情况下对电机转速的影响。

1 船用轴带无刷双馈发电机系统所用设备

设备一：绕线转子无刷双馈电机。

在这个设计系统当中所用到的电机选取转子绕组绕线式的无刷双馈电机，并且该种电机转子绕组选取齿谐波法进行设计。我们可以参照型号为Y315电机进行改进设计。

设备二：西门子MM430风机水泵专用变频调速器。

该设计系统中选用90KW档的MICRO MASTER 430变频器。该变频器具有灵活性好的特点，故此在各种速度需要变化的驱动装置中有很好的应用，特别在工业部门常用到的水泵风机中应用广泛。

设备三：能量回馈器。

该设计中采用BKFL604037C能量回馈器，它的额定参数具体为：电压AC380（V），适配电功率37KW。该设备有数字输出，故障保护性能特点，能够运用软件设定相关参数，而且体积小具有很好的实用性能。

设备四：变频调速三相异步电动机。

第一台电机选用输出功率额定值为90KW的YZP315M-8。第二台电机选用输出功率额定值为45 kW的YZPF250M-6。

2 船用轴带无刷双馈发电机空载特性分析

研究者研究同步发电机空载特性是在其转速保持在同步转速、电枢空载同时对励磁电流进行调节时，来看电压在电枢空载端的曲线变化情况即：

，I=0时， （1）

空载特性研究的实质就是电机的磁化曲线，又由于无刷双馈电机在大范围可恒频发电的特点，所以该电机的空载特性曲线应是多条构成一个曲线族。

通过研究空载能量的反馈数据与空载转速两者关系，能够计算出空载且没有能量回馈器的情况下无刷双馈电机的最大转速范围。

研究者根据空载等效电路图，利用电路原理计算出空载电压方程和电压同转矩的联系方程，进而推导出空载电路的输出转矩方程。

（2）

空载电路的输出转矩直接决定着电机系统是向外发出还是吸收机械功率。T>0时是向外发出，T<0时是吸收功率。控制绕组端口功率直接决定着电机系统与电网之间的关系，>0表示电机系统从电网得到功率，<0表示电机系统产生功率给电网。

3 船用轴带无刷双馈电机负载特性分析

在负载特性分析中我们主要来研究一下负载和转速之间的变化关系对电机特性的影响，这里我们将对负载恒定转速变化、负载恒定转速越过自然同步转速点、转速恒定负载渐变、转速恒定负载突变、转速变化负载突变这几种情况分析，从而来寻找出电机负载变化的规律，以此来分析出电机负载特性。

船舶发电机受主轴转速影响巨大而负载试验中的转速变化正是对这一情况的模拟。水流是不断运动变化的，它对航行船舶的主轴转速影响很大，随着水流的变化使发电机主轴转速随之波动，所以船舶电机转子转速受水流影响随时变化。船舶发电机系统对于整个船舶大系统而言只是其中一小部分，但是负载的变化对船舶的整个系统影响很大，船舶系统对其稳定性有很高的要求，所以轴带发电机在设计时要充分考虑负载对其影响以此来保证整个船舶系统的稳定性。我们国家在船舶用电方面有其具体要求，要求系统的输出端电压应是400V，频率为工频50HZ。频率允许有±0.1HZ的波动，电压允许有±10%的瞬时波动，但需要在3秒内恢复系统电压稳定，并且稳定时的静差不能大于±2.5%。我们所设计的船用轴带无刷双馈电机的最大容量是80KV，可以满足船舶系统供电要求。

所设计的系统当中发电机自带负载对主轴转速变化所产生的影响是很小的可以忽略不计，这是因为发电机的容量低于主轴功率的5%，而我们所设计的电机最大容量是80 kV，这个数值同样不高于主柴油机5%的额定功率。

亚同步速时，转速恒定负载变化。负载增大控制绕组的电压电流都会升高，而功率绕组的电压先降低后升高，电流升高；负载减小控制绕组的电压电流都降低，功率绕组的电压先升高后降低，电流降低。

超同步速时，转速恒定负载变化。负载增大控制绕组的电压电流升高，而功率绕组的电压先降低后升高，电流升高；转速减小控制绕组的电压电流降低，而功率绕组的电压先升高后降低，电流降低；

亚同步速时，负载恒定转速变化。转速增大控制绕组的电压降低，电流先升高后降低，而功率绕组的电压电流都是先升高后降低；转速减小控制绕组的电压升高，电流先降低后升高，功率绕组的电压都是先降低后升高。

超同步速时，负载恒定转速变化。转速增大控制绕组的电压升高，电流先降低后升高，而功率绕组的电压电流都是先降低后升高；转速减小控制绕组的电压降低，电流先升高后降低，功率绕组的电压电流都是先升高后降低。

至于转速和负载同时变化时，励磁电流变化的总趋势是转速和电流这两个物理量一同作用决定的，要看两者哪个物理量变化趋势更明显。

无刷双馈电机应用于船用轴带发电系统充分的展示了该电机在船用轴带方面的良好性能和独有优势。目前，该电机的结构越来越完善，优势越来越明显，今后在工业及其他领域中将起到重要作用。

参考文献

[1] 纪梁洲.无刷双馈电机的设计及其电感参数的计算[D].广州：华南理工大学，2012.

[2] 刘慧娟.径向叠片磁障式转子双馈无刷电机的研究[D].北京：北京交通大学，2010.endprint