大功率超导风力发电机的结构设计
发布时间：2022-10-18 15:00
伴随着能源危机和环境污染的加剧,风能作为一种可持续发展且无污染的新能源备受关注,在风力发电领域有着广泛应用。近年来,风力发电机单机容量朝着大型化发展。传统发电机因其功率密度小在大功率发电机组中应用受限,超导技术可以使发电机小型化,功率更强大,工作性能稳定。本文提出一种海上大功率超导风力发电机,具体内容归纳如下:超导风力发电机是涉及电磁场、受力分析、转矩分析、温度场分析、冷却系统设计等多个学科知识的复杂设备。针对传统大功率发电机质量体积大、安装和维护成本高等问题,采用二维稳态有限元法对10兆瓦全超导风力发电机电磁结构进行初步设计。论述发电机本体结构参数,给出电动势求解结果和发电机内部磁场分布情况。通过同功率等级下超导发电机与永磁发电机重量及成本比较方案,体现超导发电机体积小重量轻的优势。利用有限元法结合参数化思想来优化发电机的转速、屏蔽层厚度等结构参数。给出了三维瞬态下发电机参数优化过程,将优化前后发电机电磁性能进行比较,验证参数化方法的可行性和有效性。为了评价发电机性能的优劣,对输出特性深入分析。主要获取了电压、电流、磁密和转矩波形,提取谐波分析波形质量。关注发电机效率,重点对定子铁心...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 超导风力发电机的优势
1.3 国内外超导风力发电机的发展情况
1.4 超导风力发电机设计研究方法
1.5 课题研究内容
第2章 大功率超导风力发电机电磁结构初步设计
2.1 超导发电机拓扑结构选择
2.1.1 超导材料
2.1.2 全超导电机与半超导电机
2.1.3 传动方式
2.1.4 旋转方式
2.2 超导风力发电机的数学模型
2.3 超导发电机结构设计
2.3.1 定子的设计
2.3.2 转子的设计
2.3.3 极数的选定
2.3.4 主要参数的选定
2.4 二维有限元初步结构的静态求解
2.5 10 兆瓦超导风力发电机经济性分析
2.5.1 永磁同步发电机对比方案
2.5.2 发电机的重量和成本
2.6 本章小结
第3章 大功率超导风力发电机电磁结构优化设计
3.1 三维有限元理论介绍
3.2 三维瞬态有限元参数化优化解
3.2.1 磁屏蔽层优化
3.2.2 转速优化
3.3 外电路和机械运动设置
3.4 三维有限元优化结构的瞬态求解
3.5 本章小结
第4章 大功率超导风力发电机性能分析
4.1 输出特性分析
4.2 气隙磁密有限元分析
4.3 发电机损耗计算
4.3.1 引言
4.3.2 定子铁心磁密波形
4.3.3 基于数值分析法的定子铁心损耗计算
4.4 定子铁心温度场分析
4.5 超导风力发电机电磁转矩分析
4.6 本章小结
第5章 超导风力发电机转子支撑结构及冷却系统设计
5.1 引言
5.2 转子支撑结构的设计
5.2.1 应力分析
5.2.2 模态分析
5.3 发电机制冷系统方案设计
5.3.1 超导电机冷却方式介绍
5.3.2 制冷系统的设计
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国海上风机现状[J]. 玻璃钢/复合材料. 2016(12)
[2]浅析风力发电厂的投资现状及发展前景[J]. 任永红. 山东工业技术. 2016(22)
[3]径向充磁永磁同步电机空载气隙磁场研究[J]. 黄克峰,王金全,徐晔,李建科. 防爆电机. 2015(03)
[4]直驱式波浪发电用全超导初级励磁直线发电机的设计与分析[J]. 黄磊,胡敏强,余海涛,施智祥,仲伟波. 电工技术学报. 2015(02)
[5]机载大功率超导发电机发展现状与展望[J]. 邱献双. 航空科学技术. 2014(10)
[6]MgB2高温超导发电机设计及转子结构优化[J]. 洪天琪,余海涛,胡敏强. 电工电能新技术. 2014(02)
[7]海上大型风电机组传动链研究[J]. 俞黎萍. 风能. 2014(02)
[8]二硼化镁超导线带材及磁体应用研究进展[J]. 闫果,王庆阳,刘国庆,熊晓梅,潘熙锋,冯勇. 中国材料进展. 2013(09)
[9]世界风电发展现状及前景展望[J]. 白文斌. 科技情报开发与经济. 2012(22)
[10]高性能玻璃纤维研究[J]. 祖群. 玻璃纤维. 2012(05)
博士论文
[1]超导装置磁体电磁设计及其实践[D]. 宋萌.华中科技大学 2011
[2]永磁同步电机铁心损耗与暂态温度场研究[D]. 张洪亮.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]超导发电机转子的固有振动分析[D]. 常利辉.燕山大学 2015
[2]二硼化镁超导电机低温冷却系统的设计与研究[D]. 董真真.东南大学 2015
[3]10MW超导风机的并网分析[D]. 朱英娜.电子科技大学 2015
[4]大型海上高温超导风电机组的MPPT及载荷优化控制研究[D]. 李盛善.电子科技大学 2014
[5]磁性珩磨系统磁场热场分析及实验研究[D]. 杨慧.太原理工大学 2014
[6]超导发电机励磁磁场的有限元研究[D]. 苏晓林.华北电力大学 2013
[7]大型风力发电机冷却系统设计与实验研究[D]. 刘志丽.南京航空航天大学 2012
[8]基于径轴向复合磁场发电机电磁场理论研究[D]. 冯娜.大连海事大学 2012
[9]超导发电机励磁磁场的三维有限元计算研究[D]. 宋美红.华北电力大学 2012
[10]永磁同步风力发电机的矩阵变换器控制系统研究[D]. 赵卓鹏.兰州交通大学 2011
本文编号：3692537
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 超导风力发电机的优势
1.3 国内外超导风力发电机的发展情况
1.4 超导风力发电机设计研究方法
1.5 课题研究内容
第2章 大功率超导风力发电机电磁结构初步设计
2.1 超导发电机拓扑结构选择
2.1.1 超导材料
2.1.2 全超导电机与半超导电机
2.1.3 传动方式
2.1.4 旋转方式
2.2 超导风力发电机的数学模型
2.3 超导发电机结构设计
2.3.1 定子的设计
2.3.2 转子的设计
2.3.3 极数的选定
2.3.4 主要参数的选定
2.4 二维有限元初步结构的静态求解
2.5 10 兆瓦超导风力发电机经济性分析
2.5.1 永磁同步发电机对比方案
2.5.2 发电机的重量和成本
2.6 本章小结
第3章 大功率超导风力发电机电磁结构优化设计
3.1 三维有限元理论介绍
3.2 三维瞬态有限元参数化优化解
3.2.1 磁屏蔽层优化
3.2.2 转速优化
3.3 外电路和机械运动设置
3.4 三维有限元优化结构的瞬态求解
3.5 本章小结
第4章 大功率超导风力发电机性能分析
4.1 输出特性分析
4.2 气隙磁密有限元分析
4.3 发电机损耗计算
4.3.1 引言
4.3.2 定子铁心磁密波形
4.3.3 基于数值分析法的定子铁心损耗计算
4.4 定子铁心温度场分析
4.5 超导风力发电机电磁转矩分析
4.6 本章小结
第5章 超导风力发电机转子支撑结构及冷却系统设计
5.1 引言
5.2 转子支撑结构的设计
5.2.1 应力分析
5.2.2 模态分析
5.3 发电机制冷系统方案设计
5.3.1 超导电机冷却方式介绍
5.3.2 制冷系统的设计
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国海上风机现状[J]. 玻璃钢/复合材料. 2016(12)
[2]浅析风力发电厂的投资现状及发展前景[J]. 任永红. 山东工业技术. 2016(22)
[3]径向充磁永磁同步电机空载气隙磁场研究[J]. 黄克峰,王金全,徐晔,李建科. 防爆电机. 2015(03)
[4]直驱式波浪发电用全超导初级励磁直线发电机的设计与分析[J]. 黄磊,胡敏强,余海涛,施智祥,仲伟波. 电工技术学报. 2015(02)
[5]机载大功率超导发电机发展现状与展望[J]. 邱献双. 航空科学技术. 2014(10)
[6]MgB2高温超导发电机设计及转子结构优化[J]. 洪天琪,余海涛,胡敏强. 电工电能新技术. 2014(02)
[7]海上大型风电机组传动链研究[J]. 俞黎萍. 风能. 2014(02)
[8]二硼化镁超导线带材及磁体应用研究进展[J]. 闫果,王庆阳,刘国庆,熊晓梅,潘熙锋,冯勇. 中国材料进展. 2013(09)
[9]世界风电发展现状及前景展望[J]. 白文斌. 科技情报开发与经济. 2012(22)
[10]高性能玻璃纤维研究[J]. 祖群. 玻璃纤维. 2012(05)
博士论文
[1]超导装置磁体电磁设计及其实践[D]. 宋萌.华中科技大学 2011
[2]永磁同步电机铁心损耗与暂态温度场研究[D]. 张洪亮.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]超导发电机转子的固有振动分析[D]. 常利辉.燕山大学 2015
[2]二硼化镁超导电机低温冷却系统的设计与研究[D]. 董真真.东南大学 2015
[3]10MW超导风机的并网分析[D]. 朱英娜.电子科技大学 2015
[4]大型海上高温超导风电机组的MPPT及载荷优化控制研究[D]. 李盛善.电子科技大学 2014
[5]磁性珩磨系统磁场热场分析及实验研究[D]. 杨慧.太原理工大学 2014
[6]超导发电机励磁磁场的有限元研究[D]. 苏晓林.华北电力大学 2013
[7]大型风力发电机冷却系统设计与实验研究[D]. 刘志丽.南京航空航天大学 2012
[8]基于径轴向复合磁场发电机电磁场理论研究[D]. 冯娜.大连海事大学 2012
[9]超导发电机励磁磁场的三维有限元计算研究[D]. 宋美红.华北电力大学 2012
[10]永磁同步风力发电机的矩阵变换器控制系统研究[D]. 赵卓鹏.兰州交通大学 2011
本文编号：3692537
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