750W12/8极垂直轴开关磁阻风力发电机设计及优化
发布时间：2020-12-21 01:41
我国地处北半球,地域辽阔,有着取之不尽的风力资源,所以在风能利用上有绝对的优势。随着国家节能减排、保护环境意识的提高和煤改电、电动汽车等新能源政策的推广,风力发电由过去的集中式逐步向分布式发展。随着风电技术的发展,相较于噪声巨大、体积结构庞大、成本高、控制操作复杂的水平轴风力机,垂直轴风力机以其体积小、发电效率高、成本低、控制简单等优势符合分布式新能源发电技术的要求。开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,简称SRG)结构简单坚固、成本低、适合批量生产,将成为直驱式垂直轴风力发电的主力型发电机之一。因此研究适用于风电系统的高效率、高稳定性的开关磁阻发电机有重要意义。本文以低成本分布式风力发电系统为目标,以开关磁阻发电机为研究对象,针对风电系统对效率及稳定性的要求,应用现代电机优化设计理念从电磁及结构角度对其进行优化设计,设计出一台功率750W的开关磁阻风力发电机样机,探索开关磁阻风力发电机的设计及优化方法,并通过仿真验证设计方案的合理性和可行性。首先对直驱式垂直轴风力机基本原理、开关磁阻发电机相关原理等基础知识进行了阐述,为课题的研究在理论上打下了坚...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mag-Wing公司小型风力发电机组
第1章绪论3风电技术的越加成熟，风力发电所占的总发电比重也越来越大，就国外来说，风电事业发展最好的是丹麦、西班牙、德国这三个国家，除了本身的地域因素外，也包括当地对风力发电技术的重视，所以这三个国家在风力发电这一领域一直处于领军地位[6]。因为这些国家在风力发电方面的研究较早、技术比较成熟，又有丰富的风能资源，所以现在这些国家的发电量有很大一部分都由风力发电而来，风力发电己经是电力行业中重要的能量来源。图1-1Mag-Wing公司小型风力发电机组图1-2PacWind公司VAWT风电机组1.2.2国内垂直轴风力发电技术的发展现状国内对垂直轴风力机的研发虽然相对较晚，但由于后期国家对风电事业的大力支持和人们的刻苦钻研，我国的风电事业发展地越来越好，尤其相关法律法规的相继出台，标志着我国风电事业由起步阶段进入到了高速发展阶段，这对我国风电事业的发展有着深远的意义[7]。我国地大物博，具有广阔的领土，具有十分丰富的风力资源，这使得风电事业的发展速度很快。为了推动我国风电事业的发展，国家组织多个部门，由多位专家共同合作，在哈尔滨工程大学研制出了我国第一台大型垂直轴风电机组，这台机组的功率达50kW，这对我国垂直轴风电机组的研究有着非常积极的影响，很大程度上推动了我国风电事业的发展。这台机组的研制成功，极大地激发了社会各界对风力发电技术的研究，据有关数据显示，截至到2019年6月，我国的风电机组总装机容量已经达到了221GW,甘肃省拥有世界上最大的陆上风电场，装机容量达到7965兆瓦，是世界第二大陆上风电场的5倍[8]。随着社会的进步，风电技术的研究也在不断地革新，早在二十年前我国就已经开始了对新型垂直轴风力发电机的研发，这个项目是由国家风能协会牵头，组织了很多在风电技术研究方面?
河北科技大学硕士学位论文4了新型垂直轴风力发电机研究基地，组织了一些高校、相关国企和地方企业参与其中，由其研制出的新型垂直轴风力发电机组制造成本比同功率的水平轴风机的制造成本明显下降，而且这种风机是根据我国实际地理环境设计的，使用寿命明显增加，后期的维修保养也比较方便，如图1-3所示是由该实验基地建成并已成功运行的50kW风电机组。50kW的实验机组的成功运行为后期兆瓦级的大样机的研制提供了理论研究和参考。2009年在深圳成功运行的兆瓦级风电机组，标志着我国风电技术的研究成功地步入了一个新阶段，这在世界上也是第一台兆瓦级的风电机组，对我国和世界各国在风电方面的研究起到了引领性和激励性的作用[10]。不止国家在大力发展风电技术，各地方企业也在逐步加大对风力发电技术的研发。上海麟风风电设备有限公司就是一家专门研发风力发电的公司，由于我国对风力发电事业的在大力支持和推广，该公司于2005将总部从国外转移到了上海，专门从事风力发电的研发，该公司在H型垂直轴风力发电机的研发上有着非常可观的结果，如图1-4是由该公司自主研发的H型垂直轴风力发电机组产品。该公司研发的H型垂直轴风力发电机组并没有采取以往的定攻角模式，而是让风轮在转动时，叶片攻角能随着风的速度和方向的改变而变化，这种变攻角的方式能够保证叶片攻角始终处在一个风能利用率最高的位置，可以使风机在超过额定风速的环境下仍然能够保持稳定的输出功率，在高风速环境下运行时的噪声也很小，明显的提高了机组的发电效率[11]。这项技术在世界上也是一个新的突破，对风力发电的发展起到了推动作用。图1-3化德县50kW垂直轴风电机组图1-4麟风H型变攻角垂直轴风电机组1.2.3国内外开关磁阻发电机的发展现状国外对于开关磁阻发电机的研究比
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式能源用垂直轴风力机气动特性的对比分析[J]. 李争,齐伟强,孙鹤旭. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]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)
[3]多流管法预测中轻质油藏含水上升规律新实践[J]. 马栋,杨明,陈存良,赵汉卿,余元洲. 中国石油大学胜利学院学报. 2018(03)
[4]垂直轴开关磁阻风力发电系统研究[J]. 谭阳,吴国庆,茅靖峰,张旭东. 微特电机. 2017(04)
[5]小型垂直轴风力发电机的机械结构设计[J]. 王宜君,王斌. 轻工科技. 2016(01)
[6]车载SRG风力发电的镍氢电池充电优化控制[J]. 彭寒梅,周洋,易灵芝,邓文浪. 控制工程. 2014(01)
[7]多流管模型进行流场计算的应用[J]. 杨小军. 科技与企业. 2013(17)
[8]SRM直接转矩控制调速系统结构研究[J]. 王勉华. 电气传动. 2012(08)
[9]H型垂直轴风力机设计参数分析研究[J]. 马元威,刘莉娜,李练兵. 自动化仪表. 2012(08)
[10]浅谈ANSYS在现代设计方法中的应用[J]. 刘苏宁. 机电技术. 2011(02)
博士论文
[1]开关磁阻电机功率变换器设计优化与转矩波动抑制研究[D]. 孙庆国.浙江大学 2019
硕士论文
[1]开关磁阻风力发电机的设计及参数优化研究[D]. 张嘉鑫.河北科技大学 2019
[2]20kW直驱式垂直轴开关磁阻风力发电机设计及优化[D]. 孙碧青.河北科技大学 2019
[3]开关磁阻发电系统新型控制策略研究[D]. 崔明亮.中国矿业大学 2019
[4]升阻组合式垂直轴风轮的气动性能与结构研究[D]. 王景元.哈尔滨工业大学 2018
[5]电动车轮边开关磁阻电机的优化设计[D]. 李艳超.河北科技大学 2018
[6]3KW升阻复合型垂直轴风力机结构设计与静动力学分析[D]. 李建业.东北农业大学 2017
[7]基于直流负载特性的开关磁阻风力发电机研究[D]. 张倩涵.河北科技大学 2017
[8]H型垂直轴风力发电机气动性能优化研究[D]. 甘洋.重庆大学 2017
[9]开关磁阻风力发系统的输出功率提高与优化研究[D]. 张敏枝.湘潭大学 2016
[10]开关磁阻起动/发电机系统的设计与控制研究[D]. 何雅慧.华中科技大学 2016
本文编号：2928944
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mag-Wing公司小型风力发电机组
第1章绪论3风电技术的越加成熟，风力发电所占的总发电比重也越来越大，就国外来说，风电事业发展最好的是丹麦、西班牙、德国这三个国家，除了本身的地域因素外，也包括当地对风力发电技术的重视，所以这三个国家在风力发电这一领域一直处于领军地位[6]。因为这些国家在风力发电方面的研究较早、技术比较成熟，又有丰富的风能资源，所以现在这些国家的发电量有很大一部分都由风力发电而来，风力发电己经是电力行业中重要的能量来源。图1-1Mag-Wing公司小型风力发电机组图1-2PacWind公司VAWT风电机组1.2.2国内垂直轴风力发电技术的发展现状国内对垂直轴风力机的研发虽然相对较晚，但由于后期国家对风电事业的大力支持和人们的刻苦钻研，我国的风电事业发展地越来越好，尤其相关法律法规的相继出台，标志着我国风电事业由起步阶段进入到了高速发展阶段，这对我国风电事业的发展有着深远的意义[7]。我国地大物博，具有广阔的领土，具有十分丰富的风力资源，这使得风电事业的发展速度很快。为了推动我国风电事业的发展，国家组织多个部门，由多位专家共同合作，在哈尔滨工程大学研制出了我国第一台大型垂直轴风电机组，这台机组的功率达50kW，这对我国垂直轴风电机组的研究有着非常积极的影响，很大程度上推动了我国风电事业的发展。这台机组的研制成功，极大地激发了社会各界对风力发电技术的研究，据有关数据显示，截至到2019年6月，我国的风电机组总装机容量已经达到了221GW,甘肃省拥有世界上最大的陆上风电场，装机容量达到7965兆瓦，是世界第二大陆上风电场的5倍[8]。随着社会的进步，风电技术的研究也在不断地革新，早在二十年前我国就已经开始了对新型垂直轴风力发电机的研发，这个项目是由国家风能协会牵头，组织了很多在风电技术研究方面?
河北科技大学硕士学位论文4了新型垂直轴风力发电机研究基地，组织了一些高校、相关国企和地方企业参与其中，由其研制出的新型垂直轴风力发电机组制造成本比同功率的水平轴风机的制造成本明显下降，而且这种风机是根据我国实际地理环境设计的，使用寿命明显增加，后期的维修保养也比较方便，如图1-3所示是由该实验基地建成并已成功运行的50kW风电机组。50kW的实验机组的成功运行为后期兆瓦级的大样机的研制提供了理论研究和参考。2009年在深圳成功运行的兆瓦级风电机组，标志着我国风电技术的研究成功地步入了一个新阶段，这在世界上也是第一台兆瓦级的风电机组，对我国和世界各国在风电方面的研究起到了引领性和激励性的作用[10]。不止国家在大力发展风电技术，各地方企业也在逐步加大对风力发电技术的研发。上海麟风风电设备有限公司就是一家专门研发风力发电的公司，由于我国对风力发电事业的在大力支持和推广，该公司于2005将总部从国外转移到了上海，专门从事风力发电的研发，该公司在H型垂直轴风力发电机的研发上有着非常可观的结果，如图1-4是由该公司自主研发的H型垂直轴风力发电机组产品。该公司研发的H型垂直轴风力发电机组并没有采取以往的定攻角模式，而是让风轮在转动时，叶片攻角能随着风的速度和方向的改变而变化，这种变攻角的方式能够保证叶片攻角始终处在一个风能利用率最高的位置，可以使风机在超过额定风速的环境下仍然能够保持稳定的输出功率，在高风速环境下运行时的噪声也很小，明显的提高了机组的发电效率[11]。这项技术在世界上也是一个新的突破，对风力发电的发展起到了推动作用。图1-3化德县50kW垂直轴风电机组图1-4麟风H型变攻角垂直轴风电机组1.2.3国内外开关磁阻发电机的发展现状国外对于开关磁阻发电机的研究比
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式能源用垂直轴风力机气动特性的对比分析[J]. 李争,齐伟强,孙鹤旭. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]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)
[3]多流管法预测中轻质油藏含水上升规律新实践[J]. 马栋,杨明,陈存良,赵汉卿,余元洲. 中国石油大学胜利学院学报. 2018(03)
[4]垂直轴开关磁阻风力发电系统研究[J]. 谭阳,吴国庆,茅靖峰,张旭东. 微特电机. 2017(04)
[5]小型垂直轴风力发电机的机械结构设计[J]. 王宜君,王斌. 轻工科技. 2016(01)
[6]车载SRG风力发电的镍氢电池充电优化控制[J]. 彭寒梅,周洋,易灵芝,邓文浪. 控制工程. 2014(01)
[7]多流管模型进行流场计算的应用[J]. 杨小军. 科技与企业. 2013(17)
[8]SRM直接转矩控制调速系统结构研究[J]. 王勉华. 电气传动. 2012(08)
[9]H型垂直轴风力机设计参数分析研究[J]. 马元威,刘莉娜,李练兵. 自动化仪表. 2012(08)
[10]浅谈ANSYS在现代设计方法中的应用[J]. 刘苏宁. 机电技术. 2011(02)
博士论文
[1]开关磁阻电机功率变换器设计优化与转矩波动抑制研究[D]. 孙庆国.浙江大学 2019
硕士论文
[1]开关磁阻风力发电机的设计及参数优化研究[D]. 张嘉鑫.河北科技大学 2019
[2]20kW直驱式垂直轴开关磁阻风力发电机设计及优化[D]. 孙碧青.河北科技大学 2019
[3]开关磁阻发电系统新型控制策略研究[D]. 崔明亮.中国矿业大学 2019
[4]升阻组合式垂直轴风轮的气动性能与结构研究[D]. 王景元.哈尔滨工业大学 2018
[5]电动车轮边开关磁阻电机的优化设计[D]. 李艳超.河北科技大学 2018
[6]3KW升阻复合型垂直轴风力机结构设计与静动力学分析[D]. 李建业.东北农业大学 2017
[7]基于直流负载特性的开关磁阻风力发电机研究[D]. 张倩涵.河北科技大学 2017
[8]H型垂直轴风力发电机气动性能优化研究[D]. 甘洋.重庆大学 2017
[9]开关磁阻风力发系统的输出功率提高与优化研究[D]. 张敏枝.湘潭大学 2016
[10]开关磁阻起动/发电机系统的设计与控制研究[D]. 何雅慧.华中科技大学 2016
本文编号：2928944
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