一种级联式可变速微抽蓄发电电动机的制作方法

本发明属于电动机，具体涉及一种级联式可变速微抽蓄发电电动机。

背景技术：

1、在可变速抽水蓄能领域，如双馈型、永磁型等多种发电电动机具有一定的应用潜力，但是它们普遍存在价格高昂、结构复杂、制造工艺繁琐、重要部件易磨损等问题。例如，可变速抽水蓄能机组如果采用双馈电机机型，转动部分与定子部分具有一样的铁心和绕组。这样的结构对高线速度下的转动铁心和绕组，其动态稳定设计是一大难题。转动部分关键部件的耐久性、存在亟待攻克和突破。

2、对于微型抽水蓄能系统，目前迫切需要找到一种既能实现可变速运行，又能大规模生产应用的机型，同时，还要求结构简单可靠、成本低廉。级联式电机是一种特殊形式的电机，其具有价格低廉、结构牢固等优势，适合大规模生产，因此存在微型可变速抽水蓄能领域应用的可能。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，不仅能够使得抽水蓄能机组变转速恒频恒压发电，以及变转速电动驱动水泵抽水的要求，同时具备对输出功率的有功和无功解耦控制、动态匹配电网功率需求的特点，最重要的是能够实现规模化生产。

2、本发明采用的技术方案是：一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，包括相互配合的定子结构和转子结构；定子结构设置于转子结构的外侧；所述定子结构包括定子本体，定子本体中嵌有两套叠设的定子绕组，两套定子绕组的极数不同，与转子结构相互配合；两套定子绕组分别为功率绕组和控制绕组，功率绕组和控制绕组的相序反接；所述转子结构包括同轴设置的第一转子和第二转子；第一转子和第二转子均为笼型转子；第一转子和第二转子相对的端部通过中间导条反向连接；所述中间导条作为转子绕组。

3、上述技术方案中，第一转子中角位置为α的导体通过中间导条与第二转子中角位置为2π-α的导体相连接；α为单位角度。

4、上述技术方案中，第一转子的第i个回路与第二转子的n-i个回路相连；其中i表示回路的编号，n表示回路的总数；第一转子和第二转子的回路数相同。

5、上述技术方案中，第一转子和第二转子相对的端环之间通过端部导条固定连接；所述端部导条沿第一转子和第二转子的端环周向均匀分布；第一转子中角位置为α的导体通过端部导条与第二转子中角位置为2π-α的导体相连接；α为单位角度。

6、上述技术方案中，当功率绕组和控制绕组的极对数分别为p1和p2情况下，与控制绕组和功率绕组的相配合的转子导体个数满足p1n2＝kp2n1，其中k是整数，n1是与功率绕组的相配合转子导体的绕组的匝数；n2是与控制绕组的相配合转子导体的绕组的匝数。

7、上述技术方案中，定子的功率绕组电连接于三相工频电网，定子的控制绕组电连接于变流器上，以实现可变速运行。

8、上述技术方案中，其转子速坐标模型中的电压矩阵方程表示：

9、

10、其中，udq表示转子速模型下的电压矩阵；idq表示转子速模型下的电流矩阵；ldq表示转子速模型下的自感矩阵；ψdq表示转子速模型下的磁链矩阵；c表示转子速模型下的电容,ωr表示转子速模型下的转速,θr表示转子速模型下的相位；rabc为公式中耦合电路模型下的电阻矩阵，rdq为转子速模型下的电阻矩阵。

11、上述技术方案中，其转子速坐标模型中的电磁转矩方程和转矩方程如下，

12、

13、

14、其中，功率绕组和控制绕组的极对数分别为p1和p2；j为级联式可变速微抽蓄发电电动机的转矩惯量，rω为转子阻尼系数，tem表示电机的电磁转矩tl为电机的负载转矩，mm1表示功率绕组的互感矩阵；m’m2表示控制绕组的互感矩阵，is1q表示功率绕组的q轴电流,is1d表示功率绕组的d轴电流；i'rd表示转子电流d轴分量；i'rq表示转子电流q轴分量；i's2d表示控制绕组的d轴电流；i’s2q表示控制绕组的q轴电流。

15、本发明的有益效果是：本发明公开了一种适合微型抽水蓄能机组，既能做发电机，也能做电动机，同时响应速度快。本发明所介绍的抽水蓄能机组由级联式可变速电机的结构为两台异步电机共用一根轴连接的电机结构，两台异步电机通过绕组直接连接，中间没有易损坏的碳刷或滑环器等装置，两台电机轴的机械连接，这样就相当于一台可以既能电动又能发电的特种电机，具有作为微抽蓄电站的发电电动机的潜力。在微抽蓄系统中，这种新型可变速抽水蓄能机组比定速机组和常规可变速机组的应用优势明显，具体表现为：造价低、制造工期短、转速全工况可调、功率动态跟踪调节等特点。

16、进一步地，本发明可以在转子转速电动的情况下，定子控制绕组通入对应频率的电流，使得定子功率绕组保持恒频恒压发电。

17、进一步地，本发明定子功率绕组连接大电网的恒频恒压电源，定子控制绕组连接可变频率和幅值的电流，使得转子以可变的转速运行，满足变转速电动驱动水泵抽水的需求。

18、进一步地，本发明可以基于电机结构，实现有功无功解耦控制，通过高动态响应特性的电力电子功率器件，实现定子控制绕组的频率和幅值变动，以适应不同的场景需求。

技术特征：

1.一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：包括相互配合的定子结构和转子结构；定子结构设置于转子结构的外侧；所述定子结构包括定子本体，定子本体中嵌有两套叠设的定子绕组，两套定子绕组的极数不同，与转子结构相互配合；两套定子绕组分别为功率绕组和控制绕组，功率绕组和控制绕组的相序反接；所述转子结构包括同轴设置的第一转子和第二转子；第一转子和第二转子均为笼型转子；第一转子和第二转子相对的端部通过中间导条反向连接；所述中间导条作为转子绕组。

2.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：第一转子中角位置为α的导体通过中间导条与第二转子中角位置为2π-α的导体相连接；α为单位角度。

3.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：第一转子的第i个回路与第二转子的n-i个回路相连；其中i表示回路的编号，n表示回路的总数；第一转子和第二转子的回路数相同。

4.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：第一转子和第二转子相对的端环之间通过端部导条固定连接；所述端部导条沿第一转子和第二转子的端环周向均匀分布；第一转子中角位置为α的导体通过端部导条与第二转子中角位置为2π-α的导体相连接；α为单位角度。

5.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：当功率绕组和控制绕组的极对数分别为p1和p2情况下，与控制绕组和功率绕组的相配合的转子导体个数满足p1n2＝kp2n1，其中k是整数，n1是与功率绕组的相配合转子导体的绕组的匝数；n2是与控制绕组的相配合转子导体的绕组的匝数。

6.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：定子的功率绕组电连接于三相工频电网，定子的控制绕组电连接于变流器上，以实现可变速运行。

7.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：其转子速坐标模型中的电压矩阵方程表示：

8.根据权利要求1所述的一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，其特征在于：其转子速坐标模型中的电磁转矩方程和转矩方程如下，

技术总结本发明采用的技术方案是：一种级联式可变速微抽蓄发电电动机，包括相互配合的定子结构和转子结构；定子结构设置于转子结构的外侧；所述定子结构包括定子本体，定子本体中嵌有两套叠设的定子绕组，两套定子绕组的极数不同，与转子结构相互配合；两套定子绕组分别为功率绕组和控制绕组，功率绕组和控制绕组的相序反接；所述转子结构包括同轴设置的第一转子和第二转子；第一转子和第二转子均为笼型转子；第一转子和第二转子相对的端部通过中间导条反向连接；所述中间导条作为转子绕组。本发明具备对输出功率的有功和无功解耦控制、动态匹配电网功率需求的特点，能够实现规模化生产。技术研发人员：陈昕,刘海波,喻飞,何杰,张鹏,张甜甜,叶任时,李成子,甘乐,付文军受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12