无刷双馈电机（brushless doubly-fed machine,BDFM）是一种新型交流调速电机。其在结构上取消了电刷和滑环,具有结构简单、运行可靠以及调速性能好等优点。这种电机在定子上实现了双馈,不仅具有简单的转子结构,而且具有绕线式转子异步电机和同步电机的优良特性,既可作为交流调速电动机,可应用于大型水泵、风机调速系统;又可作为变频恒速发电机,广泛应用于风力发电,水力发电和船用轴带发电等领域。目前,无刷双馈电机的转子主要采用特殊笼型,磁阻型和绕线型三种结构。前两种转子结构存在转子谐波含量大、导体利用率低的缺点。绕线型转子无刷双馈电机接线灵活,因此通过合理的绕组设计可以削弱气隙磁场的谐波含量,提高电机的效率及功率密度。但其起动性能不如笼型无刷双馈电机。为解决绕线型BDFM起动转矩小、起动电流大的问题,本文提出了一种绕线式无刷双馈电机的软起动方法,该方法利用绕线型转子接线方式灵活的优点,基于绕组理论对定、转子绕组进行重新设计。定子由两套绕组组成:一套绕组是功率绕组（power winding,PW）,起动时定子主要产生1p极基波、pa极主谐波和p2极副谐波三个磁动势联合起动,另一套绕组为控制绕组（control winding,CW）,与普通BDFM绕组连接方式相似;转子绕组引入了“复合线圈组”。软起动方法实现了电机起动时自动增大起动电阻,减小起动电流和增大起动转矩的目的,改善了电机的起动性能;在运行时,起动电阻恢复正常,减小损耗,电机有较高的运行效率。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,回顾BDFM的起源和发展历程。介绍BDFM本体设计结构、数学模型和等效电路以及控制策略的研究现状。然后总结三相交流感应电机起动关键技术的发展现状,讨论BDFM两类起动方法的优缺点,最后引出了本文提出的BDFM软起动方法。其次,介绍了软起动BDFM的基本结构、定子绕组和转子绕组的基本工作原理。重点论述了定子两套绕组和转子绕组的具体设计方法。定子功率绕组采用3Y/△联结,控制绕组采用Y联结。转子绕组采用“复合线圈组”联结。通过分析得出,该设计方法实现电机起动时自动增大起动电阻,减小起动电流和增大起动转矩的目的,改善了电机的起动性能;在运行时,起动电阻恢复正常,减小损耗,电机有较高的运行效率。同时,设计不同节距的功率绕组方案,给出磁动势谐波对比分析结果。最后,基于复合线圈结构在不同状态下的工作原理,分析该电机的起动性能和运行性能。之后,基于二维瞬态磁场分析法分析空载时电机内部的磁场变化。建立无刷双馈电机软起动和异步起动两个有限元仿真模型,计算两种起动方式下起动过程相关量,得到了起动时刻磁力线、气隙磁密、磁通密度云图、起动转矩、起动电流、转速等分布图,通过对仿真结果的比较,得出软起动BDFM具有降低起动电流,增大起动转矩的优越性。此外,软起动BDFM的转矩特性曲线平缓,机械特性较硬,带负载能力较强,尤其适用于带式输送机等应用场合,减小系统成本。最后,为了研究复合线圈不同匝比对电机起动性能的影响,在有限元中建立了8个相同定子结构、不同转子复合线圈匝数比的电机模型,并对空载起动转矩和起动电流进行仿真对计算,得出最佳匝数比方案。最后,给出了软起动BDFM样机的主要参数、铁芯材料、定转子槽型尺寸、样机结构图以及定子转子绕组的展开图。研制了一台2/4对极软起动BDFM样机,并搭建了试验平台。在软起动和异步起动两种方式下,对样机进行了空载和负载起动性能试验研究,试验结果进一步说明软起动BDFM的起动性能比异步起动BDFM优越,能有效降低起动电流以及对电网的冲击,验证了软起动BDFM设计方案的正确性。