无刷双馈电机作为一种新型电机,其在变速恒频发电和变频调速电动等应用领域都展现了良好的市场应用前景。由于无刷双馈发电机去掉了电刷和滑环,从而可以减少设备维护的成本。在风力发电系统和船舶轴带发电系统中,它被认为具有替代现行的有刷双馈发电机的潜力。目前为止,无刷双馈电机的商业应用仍然遇到了一些困难,包括电机本体性能的不够完善、电机控制的难度和电机复杂的制造工艺。本论文首先分析了无刷双馈电机的运行原理,然后针对影响无刷双馈电机性能的最主要因素,即电机转子的交叉耦合能力,提出了两种不同类型的新型转子结构；从应用角度而言,其中,新型绕线式转子结构可能适用于风力发电系统等大容量的应用领域,新型磁阻式转子结构的可能更适应于小容量、大规模生产的应用情况,这是因为制造绕线式转子所需的人工成本较高。通过分析研究表明,两种转子结构都具有较好的性能。针对无刷双馈电机的工业化应用,本文还研究了无刷双馈独立发电系统的控制方法,特别是应用在船舶轴带发电系统上的情况。本文提出的无刷双馈独立发电的控制算法可以在不依赖于电机参数的情况下实现相应的控制效果,该控制算法简单可靠、动态响应较快,具有一定的实用性。本文还分析解决了无刷双馈电机在船舶轴带发电系统船舶实验时所遇到的若干问题,对这种电机未来的工业应用做出了一定的贡献。本文的工作主要包括以下几方面的内容：首先,回顾了国内外学者对无刷双馈电机研究的发展历程,进而总结了无刷双馈电机的基本工作原理、运行方式、稳态等效电路,最后给出了无刷双馈电机的仿真模型。根据推导得出的电机稳态等效电路,以及通过电机数学模型所得到的仿真系统,可以作为后续针对无刷双馈电机的稳态特性和动态特性研究的工具；其次,在无刷双馈电机原始等效电路的基础上,推导出了电机的简化等效电路。根据简化等效电路得到了无刷双馈电机的电动势平衡方程和磁动势平衡方程,进而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,总结出了无刷双馈电机转子合成磁动势的一些现象,揭示了电机的气隙磁场特性；再次,根据磁动势槽谐波原理,分析了绕线转子无刷双馈电机转子绕组的设计思路。对绕线式结构的原理、计算模型、设计步骤,结合具体设计实例进行了分析,进而给出了不等元件线圈的优化方法,以使得绕线式转子两种基波磁场的绕组系数进一步提高、其他阶次谐波含量进一步减小。不同绕线式转子的绕组方案及其谐波分析、仿真结果和实验数据验证了绕线式转子结构和设计方法的正确性；最后,分析了基于无刷双馈电机的独立发电系统的应用特点,并给出其控制方法。这种控制方法能够在不需要电机参数的情况下实现对无刷双馈发电机的输出电压和频率的控制,同时能够消除原动机转速变化和负载变化带来的影响。为了验证控制方法的正确性,对独立发电系统首先进行了仿真分析,而后搭建了船舶轴带无刷双馈独立发电系统的实验平台。仿真结果和实验结果表明该无刷双馈独立发电系统发电质量良好,能满足船舶用电的要求,控制系统具有良好的动态响应能力和恒频稳压特性。综上所述,本文总结了无刷双馈电机的研究背景、概括了无刷双馈电机的运行特性,并针对无刷双馈电机的两种转子结构以及无刷双馈电机在独立发电系统中的实际应用进行了较为深入的研究,为无刷双馈电机从概念性的探索向工业化应用的转化奠定了一些理论基础。