磁悬浮垂直轴风力发电机设计及其优化研究

发布时间：2023-02-26 03:37

　　近几十年来,风能作为许多国家规划未来能源项目最重要的永久性清洁能源之一,正发挥着重要作用。然而,风能技术的发展也面临着挑战,尤其是在低风速状态下的应用。为了适应弱风型风电场的发展需要,本文提出一种新型低风速磁悬浮垂直轴风力发电机结构,并进行深入分析研究。论文主要工作如下:1、针对目前垂直轴风力发电系统中,发电机起动阻力矩较高、控制难度较大的缺点,提出低启动力矩、易控制、高效率的低风速磁悬浮垂直轴风力发电机的设计方案。该发电机由内转子永磁直驱型风力发电机和磁悬浮系统构成。内转子永磁直驱型风力发电机研究方面,本文首先依据等效磁路法分析内转子永磁直驱型风力发电机的磁路,确定发电机的基本结构参数;其次,利用ANSYS软件对不同运行状况下的发电机相关性能进行分析;最后,为了使齿槽转矩最小化以达到低起动阻力矩的目标,本文通过分析齿槽转矩的产生机理,提出削弱齿槽转矩的设计方案。在磁悬浮系统研究方面,首先阐述磁悬浮系统的结构及工作原理;然后利用等效磁路法推导磁悬浮系统的轴向悬浮力数学模型,在此基础上确定磁悬浮系统的结构参数;最后在ANSYS Maxwell中建立磁悬浮系统模型,经由有限元分析验证其可行...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 垂直轴风力发电机国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 电机设计优化算法研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 低风速磁悬浮垂直轴风力发电机的电磁设计
    2.1 磁路分析
        2.1.1 永磁体的等效磁路
        2.1.2 外磁路的等效磁路
        2.1.3 永磁直驱型风力发电机的等效磁路
    2.2 材料选择
    2.3 主要尺寸选择
    2.4 定子铁芯及绕组选择
    2.5 效率及损耗
    2.6 本章小结
第3章 低风速磁悬浮垂直轴风力发电机的有限元分析
    3.1 有限元分析介绍
    3.2 永磁直驱型风力发电机的有限元分析
        3.2.1 电机模型建立
        3.2.2 静态磁场分析
        3.2.3 瞬态磁场分析
    3.3 永磁直驱型风力发电机的起动阻力矩分析
        3.3.1 齿槽转矩的产生机理
        3.3.2 减小齿槽转矩的方法
        3.3.3 极槽配合对齿槽转矩的影响
        3.3.4 永磁体极弧系数对齿槽转矩的影响
        3.3.5 定子槽口宽度对齿槽转矩的影响
    3.4 本章小结
第4章 低风速磁悬浮垂直轴风电机组悬浮系统的设计与实现
    4.1 低风速磁悬浮垂直轴风电机组悬浮系统的结构及工作原理
    4.2 磁路分析与计算
    4.3 结构参数的确定
        4.3.1 悬浮系统的混合励磁磁铁设计
        4.3.2 悬浮系统的衔铁设计
        4.3.3 悬浮系统所用材料选择
    4.4 悬浮系统的有限元分析
    4.5 本章小结
第5章 基于遗传算法的低风速磁悬浮垂直轴风力发电机优化
    5.1 遗传算法的工作原理
        5.1.1 遗传算法的基本概念及特点
        5.1.2 遗传算法的实施步骤
    5.2 发电机优化模型
        5.2.1 目标函数的建立
        5.2.2 设计变量的选择
        5.2.3 约束条件的确定
    5.3 发电机优化结果分析
        5.3.1 遗传算法结果分析
        5.3.2 遗传算法带入有限元分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢



本文编号：3749734