無刷雙饋電機（BDFM）工業領域應用研究

陶忠良　趙文卓

摘 要：無刷雙饋電機（BDFM）在連接方式上采用同軸串級連接兩臺繞線式異步感應電動機，這種連接方式無論在電氣還是機械上都使兩臺電動機能夠互相耦合。文中將BDFM在船用軸帶發電系統中的應用做了設計，同時對電機空載特性和負載時轉速及負載變化對電機系統的影響做了具體實驗性研究。

關鍵詞：BDFM 調速 運行方式 負載分析

中圖分類號：TM301 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0055-01

設計中以兩臺極數為4/8極的Y315M-8樣機為設計平臺，對它們進行理論研究和實驗探索，設計定子及轉子電機方案并研究其空載和負載情況下對電機轉速的影響。

1 船用軸帶無刷雙饋發電機系統所用設備

設備一：繞線轉子無刷雙饋電機。

在這個設計系統當中所用到的電機選取轉子繞組繞線式的無刷雙饋電機，并且該種電機轉子繞組選取齒諧波法進行設計。我們可以參照型號為Y315電機進行改進設計。

設備二：西門子MM430風機水泵專用變頻調速器。

該設計系統中選用90KW檔的MICRO MASTER 430變頻器。該變頻器具有靈活性好的特點，故此在各種速度需要變化的驅動裝置中有很好的應用，特別在工業部門常用到的水泵風機中應用廣泛。

設備三：能量回饋器。

該設計中采用BKFL604037C能量回饋器，它的額定參數具體為：電壓AC380（V），適配電功率37KW。該設備有數字輸出，故障保護性能特點，能夠運用軟件設定相關參數，而且體積小具有很好的實用性能。

設備四：變頻調速三相異步電動機。

第一臺電機選用輸出功率額定值為90KW的YZP315M-8。第二臺電機選用輸出功率額定值為45 kW的YZPF250M-6。

2 船用軸帶無刷雙饋發電機空載特性分析

研究者研究同步發電機空載特性是在其轉速保持在同步轉速、電樞空載同時對勵磁電流進行調節時，來看電壓在電樞空載端的曲線變化情況即：

，I=0時， （1）

空載特性研究的實質就是電機的磁化曲線，又由于無刷雙饋電機在大范圍可恒頻發電的特點，所以該電機的空載特性曲線應是多條構成一個曲線族。

通過研究空載能量的反饋數據與空載轉速兩者關系，能夠計算出空載且沒有能量回饋器的情況下無刷雙饋電機的最大轉速范圍。

研究者根據空載等效電路圖，利用電路原理計算出空載電壓方程和電壓同轉矩的聯系方程，進而推導出空載電路的輸出轉矩方程。

（2）

空載電路的輸出轉矩直接決定著電機系統是向外發出還是吸收機械功率。T>0時是向外發出，T<0時是吸收功率。控制繞組端口功率直接決定著電機系統與電網之間的關系，>0表示電機系統從電網得到功率，<0表示電機系統產生功率給電網。

3 船用軸帶無刷雙饋電機負載特性分析

在負載特性分析中我們主要來研究一下負載和轉速之間的變化關系對電機特性的影響，這里我們將對負載恒定轉速變化、負載恒定轉速越過自然同步轉速點、轉速恒定負載漸變、轉速恒定負載突變、轉速變化負載突變這幾種情況分析，從而來尋找出電機負載變化的規律，以此來分析出電機負載特性。

船舶發電機受主軸轉速影響巨大而負載試驗中的轉速變化正是對這一情況的模擬。水流是不斷運動變化的，它對航行船舶的主軸轉速影響很大，隨著水流的變化使發電機主軸轉速隨之波動，所以船舶電機轉子轉速受水流影響隨時變化。船舶發電機系統對于整個船舶大系統而言只是其中一小部分，但是負載的變化對船舶的整個系統影響很大，船舶系統對其穩定性有很高的要求，所以軸帶發電機在設計時要充分考慮負載對其影響以此來保證整個船舶系統的穩定性。我們國家在船舶用電方面有其具體要求，要求系統的輸出端電壓應是400V，頻率為工頻50HZ。頻率允許有±0.1HZ的波動，電壓允許有±10%的瞬時波動，但需要在3秒內恢復系統電壓穩定，并且穩定時的靜差不能大于±2.5%。我們所設計的船用軸帶無刷雙饋電機的最大容量是80KV，可以滿足船舶系統供電要求。

所設計的系統當中發電機自帶負載對主軸轉速變化所產生的影響是很小的可以忽略不計，這是因為發電機的容量低于主軸功率的5%，而我們所設計的電機最大容量是80 kV，這個數值同樣不高于主柴油機5%的額定功率。

亞同步速時，轉速恒定負載變化。負載增大控制繞組的電壓電流都會升高，而功率繞組的電壓先降低后升高，電流升高；負載減小控制繞組的電壓電流都降低，功率繞組的電壓先升高后降低，電流降低。

超同步速時，轉速恒定負載變化。負載增大控制繞組的電壓電流升高，而功率繞組的電壓先降低后升高，電流升高；轉速減小控制繞組的電壓電流降低，而功率繞組的電壓先升高后降低，電流降低；

亞同步速時，負載恒定轉速變化。轉速增大控制繞組的電壓降低，電流先升高后降低，而功率繞組的電壓電流都是先升高后降低；轉速減小控制繞組的電壓升高，電流先降低后升高，功率繞組的電壓都是先降低后升高。

超同步速時，負載恒定轉速變化。轉速增大控制繞組的電壓升高，電流先降低后升高，而功率繞組的電壓電流都是先降低后升高；轉速減小控制繞組的電壓降低，電流先升高后降低，功率繞組的電壓電流都是先升高后降低。

至于轉速和負載同時變化時，勵磁電流變化的總趨勢是轉速和電流這兩個物理量一同作用決定的，要看兩者哪個物理量變化趨勢更明顯。

無刷雙饋電機應用于船用軸帶發電系統充分的展示了該電機在船用軸帶方面的良好性能和獨有優勢。目前，該電機的結構越來越完善，優勢越來越明顯，今后在工業及其他領域中將起到重要作用。

參考文獻

[1] 紀梁洲.無刷雙饋電機的設計及其電感參數的計算[D].廣州：華南理工大學，2012.

[2] 劉慧娟.徑向疊片磁障式轉子雙饋無刷電機的研究[D].北京：北京交通大學，2010.endprint