无刷双馈电机(brushless doubly-fed machine,BDFM)是一种既可做电动机,又可做发电机的新型交流励磁电机,具有结构简单,可靠性强,功率因数可调等优点,可实现同步运行、异步起动、双馈运行等多种运行方式。BDFM作为发电机运行时,具有良好的变速恒频恒压发电特性,频繁应用于风力、水力和船用轴带发电等领域;作为电动机运行时,具有精确的调速性能,可用于风机和水泵等负载的变频节能调速系统。转子在BDFM运行中起着“极数转换器”的作用,其结构性能决定了BDFM的功率密度和效率。绕线型BDFM是一种新型转子结构BDFM,与特殊笼型和磁阻型转子结构BDFM相比,绕线转子BDFM最大的优势在于转子绕组可以采用不等匝以及不等节距的线圈组合,进而有效的控制转子绕组的谐波含量,提高主要磁场的绕组系数,减少由谐波带来的电机损耗,提高电机的效率及功率密度。本文以绕线型BDFM为研究对象,研究工作目的在于:BDFM在起动过程中存在起动转矩小、起动电流大,以及对电网和电机造成冲击大等问题,使得电机起动性能达不到工业要求。本文将复合线圈结构引入到BDFM的转子绕组,并与定子磁动势谐波理论相结合,提出一种多谐波联合起动的方法以改善电机的起动性能。然后对这种电机进行深入的理论研究,提出有效的定转子绕组设计方法,进行电机的电磁特性分析与仿真试验研究,进而推动多谐波联合起动BDFM的实用化进程。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,分析了BDFM的磁场调制机理及工作特点,总结了一般定转子结构以及若干特殊结构,并对多种控制策略进行综述。另外,还讨论了BDFM在不同领域的研究和应用,总结并展望了相关理论与技术研究的发展方向。在此基础上,详细介绍了多谐波联合起动BDFM的基本原理、定转子绕组结构和多种运行方式等情况。其次,给出了BDFM定转子槽数和极对数配合原则,重点对多谐波联合起动BDFM的定子和转子绕组设计进行论述,提出定子和转子绕组的一般原理性设计方法和连接方式。接着对定转子绕组设计方案分析发现,采用大小双星形结构设计的定子绕组可以产生多个极对数起动谐波磁场,转子绕组中的复合线圈被定子绕组的起动谐波磁场所感应,电机在起动时转子折算至定子侧的电阻值增大,而在运行时恢复正常数值。如此,降低了起动电流,提高了起动转矩,保证了电机可以高效运行。然后从电机学和交流绕组的基本理论出发,深入分析了定子绕组和转子绕组的磁动势,给出定转子磁动势谐波分析。之后,从基本的电磁关系分析出发,结合BDFM基本等效电路,分别给出了多谐波联合起动BDFM在起动和运行状态下的等效电路。通过多谐波联合起动BDFM起动和运行状态时的等效电路,进而分别来分析该电机在起动和运行时的转矩特性,从而进一步研究多谐波联合起动BDFM的起动性能和运行性能。通过分析发现,多谐波联合起动BDFM在起动全过程中,随着电机转速的不断上升,机械特性较硬,电磁转矩下降缓慢,且不需要经过最大转矩点。该起动方式适用于水泥、矿山等带式输送机的场合,所用传送带可大大减薄,降低系统的成本。最后,以YZR132电机为基础,设计出一台2/4对极试验样机。介绍了样机的设计数据和参数以及样机的定转子结构。其次,基于理论和仿真研究,通过时步有限元软件对多谐波联合起动BDFM进行了空载起动和负载起动研究。同时,分别对该电机在不同运行方式和转子复合线圈不同匝比下进行仿真研究。然后,搭建了多谐波联合BDFM试验平台,通过对异步起动方式在不同负载下的试验结果进行对比分析,进一步说明了多谐波联合起动BDFM的起动最大电流和对电网冲击较小,优于异步起动BDFM,验证了文中所提方案的有效性和可行性。