偏转式双定子开关磁阻发电机的电磁分析与结构优化
发布时间：2020-12-13 22:53
风力发电作为一种重要的绿色能源获取途径,具有分布范围广、清洁环保、可再生等优点,目前已经受到世界各国的重视,具有较好的发展前景。由于开关磁阻发电机在风电领域的应用中具有结构简单、成本低、系统可靠性强、发电效率高等优势,为了最大限度获取风能,提高发电效率,本文提出并设计了一种适用于风力发电的偏转式双定子开关磁阻发电机,主要研究内容归纳如下:1)阐述了开关磁阻发电机的运行原理和控制方式,通过建立线性数学模型对电感、电压和相电流的特性进行分析,在此基础上,提出一种偏转式双定子开关磁阻发电机。该发电机采用双定子和球面设计的结构,保证了转子在一定范围内的可偏转性,并在有限元软件中建立仿真模型,分析发电机的输出特性。2)应用电磁场理论解析法计算了发电机的铁芯磁通和气隙磁密,建立了磁通波形矩阵形式的数学模型,得到定、转子的磁通波形。再利用有限元法对模型进行仿真分析,得到定子和转子的磁密矢量分布情况、铁芯不同部位的磁密波形变化规律以及不同工作状态下的气隙磁密。通过对比解析法与有限元法的计算结果,验证了数学模型与有限元模型的准确性,表明该发电机具有良好的磁场特性。3)为了进一步提高该发电机的工作效率,将...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001-2018年全球风机装机容量
第1章绪论5保留开关磁阻发电机的先进特性并去掉外部电压源，获得较高的输出功率和效率，在此基础上，文献[22]提出了一种带有PM的U形定子铁芯的横向磁通型开关磁阻发电机，磁通量变化产生的电动势代替了外接电压源，然而，在定子极两侧插入的永磁体的总磁通会导致漏磁，减小了反电动势的幅度。为了减小漏磁通，文献[23]在转子极之间增加了辅助转子磁极，由于主磁极和辅助磁极在结构上分离，较为薄弱，失去了开关磁阻发电机固有的结构特征，使发电机性能下降。于是，文献[24]提出了新型横向磁通开关磁阻发电机，如图1-4所示。该发电机采用磁轭杆将主磁极和辅助磁极集结在一起，改善了转子结构分离的缺陷，整体式转子结构比分离式转子结构更为简单，并对其进行优化分析，研制了优化后的样机，实验测试验证了样机良好的输出特性。2017年，R.J.Dias等人为了提高开关磁阻发电机的工作效率，对6/4和6/6开关磁阻发电机的结构尺寸进行研究并提出了新的改进方法[25]，使发电机励磁阶段的磁饱和和互感系数显著增加，减少了磁通量的变化，从而使发电机转子所需的旋转转矩减小，提高发电效率，并通过实验测试验证了改进设计的准确性与有效性。a)发电机样机模型b)发电机样机图1-4横向磁通开关磁阻发电机
?孟低晨扇〈?传统汽车中的分体式起动机和发电机[31]。2009年，全球第一台兆瓦级垂直轴风力发电机（半直驱风力发电专用开关磁阻发电机）在深圳龙岗成功下线，总重达24吨的这一大型风机，重量只是其他同类发电机的一半，在10%—250%额定功率范围内，可提升发电效率90%，用于风力发电时间达到国家标准的1.5倍以上。在发电机本体结构方面，文献[32]研制了平面式开关磁阻电机的样机，在选定的控制算法下，能够实现高进度的位置和轨迹控制。在此基础上，文献[33]提出了一种适用于二维平面运动的双面开关磁阻发电机，结构示意图如图1-5所示。在其中一侧，六个相同的定子被分为两组，垂直固定在定子底座上，定子上带有绕组，一组负责X方向上的移动，另一组负责Y方向上的移动。在初始研究阶段，利用有限元分析对其性能进行了全面的预测和分析，结果表明该发电机具有良好的磁特性，当一个定子线圈励磁时，几乎不影响其他相邻定子的磁通路径，任意相邻相绕组之间无耦合效应，简化了该发电机的控制策略，证实了开关磁阻技术在二维、高精度、位置控制应用中的可行性。图1-5双面开关磁阻发电机2012年，香港理工大学提出一种用于风力发电的C形铁芯开关磁阻发电机[34,35]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变开通角F-PI并行控制策略的开关磁阻发电机输出电压研究[J]. 昝小舒,池飞飞,于东升,吴宁,龚毅. 电工技术学报. 2020(S1)
[2]风电制氢技术现状及发展趋势[J]. 孙鹤旭,李争,陈爱兵,张岩,梅春晓. 电工技术学报. 2019(19)
[3]基于有限元法的永磁同步电机弱磁特性分析[J]. 阮博,谷爱昱,廉迎战,洪著财,曹文耀. 微电机. 2019(08)
[4]考虑磁致伸缩效应的偏转式发电机的振动特性研究[J]. 李争,杜磊,杨凯,刘令旗,董维超. 河北科技大学学报. 2019(04)
[5]基于响应面法的永磁电机转矩多目标优化[J]. 杜晓彬,黄开胜,谭耿锐,黄信. 微特电机. 2019(06)
[6]考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模[J]. 左曙光,刘明田,胡胜龙. 西安交通大学学报. 2019(07)
[7]开关磁阻风力发电机变励磁电压MPPT控制[J]. 孙冠群,王小东,张黎锁,韩建霞. 电机与控制学报. 2019(03)
[8]基于遗传算法和响应面法的电动汽车用永磁无刷电机转子结构优化设计[J]. 张懿夫,徐衍亮. 微电机. 2018(11)
[9]基于有限元法的开关磁阻电机建模及验证[J]. 孔彦召,张向龙. 黑龙江电力. 2018(05)
[10]开关磁阻发电机角度位置控制自适应遗传优化方法[J]. 雷晓犇,王传奇,李雪丰,戴聪. 南京航空航天大学学报. 2018(03)
博士论文
[1]双馈风力发电机最大风能捕捉及低电压运行技术研究[D]. 邓友汉.武汉大学 2014
硕士论文
[1]基于电压空间矢量的开关磁阻电机单极性正弦励磁控制研究[D]. 李奎.中国矿业大学 2019
[2]风电项目经济性分析及发展政策研究[D]. 涂传英.华北电力大学(北京) 2019
[3]基于响应面模型的永磁同步伺服电机优化研究[D]. 王殿嵩.哈尔滨工业大学 2016
[4]风力发电开关磁阻发电机的研究[D]. 张泽慧.山东大学 2015
[5]开关磁阻电机风力发电系统研究[D]. 刘恒.浙江大学 2014
[6]开关磁阻电机损耗及其温升研究[D]. 张灵霞.南京航空航天大学 2013
本文编号：2915320
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001-2018年全球风机装机容量
第1章绪论5保留开关磁阻发电机的先进特性并去掉外部电压源，获得较高的输出功率和效率，在此基础上，文献[22]提出了一种带有PM的U形定子铁芯的横向磁通型开关磁阻发电机，磁通量变化产生的电动势代替了外接电压源，然而，在定子极两侧插入的永磁体的总磁通会导致漏磁，减小了反电动势的幅度。为了减小漏磁通，文献[23]在转子极之间增加了辅助转子磁极，由于主磁极和辅助磁极在结构上分离，较为薄弱，失去了开关磁阻发电机固有的结构特征，使发电机性能下降。于是，文献[24]提出了新型横向磁通开关磁阻发电机，如图1-4所示。该发电机采用磁轭杆将主磁极和辅助磁极集结在一起，改善了转子结构分离的缺陷，整体式转子结构比分离式转子结构更为简单，并对其进行优化分析，研制了优化后的样机，实验测试验证了样机良好的输出特性。2017年，R.J.Dias等人为了提高开关磁阻发电机的工作效率，对6/4和6/6开关磁阻发电机的结构尺寸进行研究并提出了新的改进方法[25]，使发电机励磁阶段的磁饱和和互感系数显著增加，减少了磁通量的变化，从而使发电机转子所需的旋转转矩减小，提高发电效率，并通过实验测试验证了改进设计的准确性与有效性。a)发电机样机模型b)发电机样机图1-4横向磁通开关磁阻发电机
?孟低晨扇〈?传统汽车中的分体式起动机和发电机[31]。2009年，全球第一台兆瓦级垂直轴风力发电机（半直驱风力发电专用开关磁阻发电机）在深圳龙岗成功下线，总重达24吨的这一大型风机，重量只是其他同类发电机的一半，在10%—250%额定功率范围内，可提升发电效率90%，用于风力发电时间达到国家标准的1.5倍以上。在发电机本体结构方面，文献[32]研制了平面式开关磁阻电机的样机，在选定的控制算法下，能够实现高进度的位置和轨迹控制。在此基础上，文献[33]提出了一种适用于二维平面运动的双面开关磁阻发电机，结构示意图如图1-5所示。在其中一侧，六个相同的定子被分为两组，垂直固定在定子底座上，定子上带有绕组，一组负责X方向上的移动，另一组负责Y方向上的移动。在初始研究阶段，利用有限元分析对其性能进行了全面的预测和分析，结果表明该发电机具有良好的磁特性，当一个定子线圈励磁时，几乎不影响其他相邻定子的磁通路径，任意相邻相绕组之间无耦合效应，简化了该发电机的控制策略，证实了开关磁阻技术在二维、高精度、位置控制应用中的可行性。图1-5双面开关磁阻发电机2012年，香港理工大学提出一种用于风力发电的C形铁芯开关磁阻发电机[34,35]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变开通角F-PI并行控制策略的开关磁阻发电机输出电压研究[J]. 昝小舒,池飞飞,于东升,吴宁,龚毅. 电工技术学报. 2020(S1)
[2]风电制氢技术现状及发展趋势[J]. 孙鹤旭,李争,陈爱兵,张岩,梅春晓. 电工技术学报. 2019(19)
[3]基于有限元法的永磁同步电机弱磁特性分析[J]. 阮博,谷爱昱,廉迎战,洪著财,曹文耀. 微电机. 2019(08)
[4]考虑磁致伸缩效应的偏转式发电机的振动特性研究[J]. 李争,杜磊,杨凯,刘令旗,董维超. 河北科技大学学报. 2019(04)
[5]基于响应面法的永磁电机转矩多目标优化[J]. 杜晓彬,黄开胜,谭耿锐,黄信. 微特电机. 2019(06)
[6]考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模[J]. 左曙光,刘明田,胡胜龙. 西安交通大学学报. 2019(07)
[7]开关磁阻风力发电机变励磁电压MPPT控制[J]. 孙冠群,王小东,张黎锁,韩建霞. 电机与控制学报. 2019(03)
[8]基于遗传算法和响应面法的电动汽车用永磁无刷电机转子结构优化设计[J]. 张懿夫,徐衍亮. 微电机. 2018(11)
[9]基于有限元法的开关磁阻电机建模及验证[J]. 孔彦召,张向龙. 黑龙江电力. 2018(05)
[10]开关磁阻发电机角度位置控制自适应遗传优化方法[J]. 雷晓犇,王传奇,李雪丰,戴聪. 南京航空航天大学学报. 2018(03)
博士论文
[1]双馈风力发电机最大风能捕捉及低电压运行技术研究[D]. 邓友汉.武汉大学 2014
硕士论文
[1]基于电压空间矢量的开关磁阻电机单极性正弦励磁控制研究[D]. 李奎.中国矿业大学 2019
[2]风电项目经济性分析及发展政策研究[D]. 涂传英.华北电力大学(北京) 2019
[3]基于响应面模型的永磁同步伺服电机优化研究[D]. 王殿嵩.哈尔滨工业大学 2016
[4]风力发电开关磁阻发电机的研究[D]. 张泽慧.山东大学 2015
[5]开关磁阻电机风力发电系统研究[D]. 刘恒.浙江大学 2014
[6]开关磁阻电机损耗及其温升研究[D]. 张灵霞.南京航空航天大学 2013
本文编号：2915320
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