磁齿轮及磁场调制永磁电机在海洋能发电系统的应用研究

发布时间：2020-06-19 15:07

【摘要】：在海洋能源众多形式中,海流能和波浪能的开发利用相对成熟,正处于技术攻坚阶段。考虑到海流发电装置安放地点一般流速都较低,水轮机叶轮转速偏低,通常在发电机与水轮机之间加装齿轮增速装置,但是机械齿轮箱的故障是阻碍海流发电装置长期运行的因素之一。对于波浪能开发而言,由于波浪速度低,低速直驱式波浪发电系统存在功率密度小、体积庞大的缺点。将磁齿轮及磁场调制永磁电机应用于海流能、波浪能发电系统,可以对目前存在的问题提供很好的解决方案。本文分析了两种磁力传动装置:同轴磁齿轮(CMG)和圆筒直线磁齿轮(TLMG)。此外还提出了两种基于磁场调制原理的直线永磁发电机:直线磁齿轮内永磁发电机(LMGIPMG)和磁场调制直线永磁发电机(FMLPMG)。它们基于共同的理论基础即是磁场调制原理。论文创新点主要研究成果包括以下几个方面:论文的主要工作和创新点如下:(1)本文提出一种精确有效的计算同轴磁齿轮(CMG)传输转矩的三维解析方法,并将其与三维有限元模型进行对比,结果表明三维解析方法计算迅速精确,易于编程实现,通用性好。(2)目前海流发电系统中存在的一个主要问题是机械齿轮箱的维护造成运营成本升高。采用CMG代替机械齿轮,可以有效解决这一难题。根据海流的特点,用异步电机模拟水轮机的机械特性,设计了一套海流模拟试验平台,利用该平台对CMG传动比、失步转矩、传输效率等性能进行分析。在平台试验成功经验的基础上,进行了水下试验。证实了将CMG用于海流发电装置的可行性和有效性,为我国海流能资源开发提供一些研究经验。(3)以提高直线磁齿轮的推力传输能力和减小推力波动为目的,提出一种将响应表面法和粒子群算法结合的快速高效的混合优化算法,加快磁场调制圆筒型直线磁齿轮的设计周期,减少计算资源耗费,有效地减少了采样点数。(4)针对传统直线永磁发电机在波浪发电系统中存在功率密度低、体积庞大的问题,论文提出一种将直线磁齿轮与永磁发电机复合的直线磁齿轮内永磁发电机(LMGIPMG),并以此为基础,设计了结构更为简单的磁场调制直线永磁发电机(FMLPMG)。搭建了试验平台,试验结果表明:当两台电机的体积和运行条件相同时,FMLPMG功率密度远高于传统直线永磁发电机。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351
【图文】：

图 1- 1 世界主要海流分布情况海洋能资源丰富，岛屿众多，具备规模化开发利用海洋能的条件。中，东临太平洋，海域面积辽阔，包括渤海、黄海、东海、南海以及台洋资源丰富[2,3]。按资源普查公式计算，全国 424 处可开发装机容量坝址，理论上靠近岸边的波浪能的平均功率为 1200 多万千瓦；据对估算统计，全国的海流能理论功率可达 1400 万千瓦[4]。我国各省区沿

图 1- 3 300kW 的海流能发电装置 Seaflow 图 1- 4 1.2MW 海流发电发电装置 SeaGen一家名为 OpenHydro 的爱尔兰公司在苏格兰 EMEC 试验了其研制的开环式水轮在加拿大芬迪湾进行了试验。意大利的 PdALtd 公司和韩国在海流能发电技术方面较先进。挪威 HammerfestStrom 公司于 2003 年年底在挪威北部的 Kvalsund 安装了 300 kW 并网型海流能发电原型样机，进行了为期 4 年的试验运转，样机如图 1-5

【参考文献】

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本文编号：2720960