无刷双馈电机是在感应电机变速运行要求下发展起来的一种新型交流电机,其结构与传统感应电机类似,可运行于同步、异步和双馈等多种方式。这种电机没有电刷和滑环,具有简单可靠、变频器容量小和功率因数可调等优点。在水力发电、风力发电、船舶轴带发电和交流电机调速等领域有着良好的应用前景。无刷双馈电机控制端口和功率端口的耦合依靠特殊设计的转子完成,所以转子结构的设计对电机性能的影响至关重要。国内外主要采用的无刷双馈电机转子结构有：特殊笼型、磁阻型、绕线型和混合型。目前试制的兆瓦级电机转子结构有特殊笼型和绕线型。特殊笼型结构简单,但是导体利用率较低、转子绕组谐波含量大；相对而言,绕线转子具有更灵活的绕组排列方式,可以合理设计转子的两种基波绕组系数同时削弱其它谐波,有着良好的谐波控制性能和较高的效率。本文以绕线转子无刷双馈电机为研究对象,对这种电机进行了深入的理论和实验研究。研究的主要目的是：将按“齿谐波”原理和“双正弦绕组”方法设计的绕线转子结构,应用于大中容量无刷双馈电机,验证绕线转子结构在大中容量无刷双馈电机上的适用性；推导了简洁有效的‘Π’型等效电路,并采用空间矢量的方式建立了无刷双馈电机的任意速空间矢量模型,使电机性能分析变得更简单,推动无刷双馈电机的工程化进展。本文的工作内容主要有：首先,对无刷双馈电机的发展和演变进行了回顾,对无刷双馈电机的基本运行原理和常见运行方式进行了总结,并分析了其主要尺寸与电磁设计参数之间的关系,说明了转子绕组设计的重要性。在此基础上,重点介绍了绕线转子独特的“齿谐波”原理和“双正弦绕组”结构,详细介绍了绕线转子绕组的设计思路和方法,分析了两种不同极对数气隙磁密和合成磁动势之间的相互关系,揭示了无刷双馈电机的气隙磁场特性和极对数及绕组系数之间的联系。其次,将无刷双馈电机视为两台感应电机的级联,从普通感应电机等效电路出发,结合无刷双馈电机的特点,推导了基本等效电路；在此基础上,利用等效网络变换,导出了更为简洁有效的‘Π’型等效电路,并用磁路法及利用特殊工况对转子绕组互感解耦的试验法对等效电路参数进行了计算和测定；接着从互感空间谐波分析的角度出发,总结了无刷双馈电机极对数的选取原则,并利用等效电路对不同运行状态的能量传递关系进行了分析。然后,给出了在静止abc坐标系下的无刷双馈电机模型,采用空间矢量的形式对其进行变换,得出了无刷双馈电机在任意速下的空间矢量模型,给出了其瞬态等效电路。在此基础上,利用空间矢量瞬态模型,对绕线转子无刷双馈电机的短路电流进行了研究。最后,对绕线转子无刷双馈电机800kVA样机进行了建模仿真和空载电动试验。仿真主要对各种工况下样机各部分的电密、磁密、发电容量及谐波进行了分析,验证了绕线转子结构应用在大中容量无刷双馈电机上的可行性,并将空载电动模式的仿真与试验进行了对比。为了验证‘Π’型等效电路、磁路法计算等效电路参数以及试验法测定电路参数的正确性,在64kVA样机上进行了综合试验。