风浪组合发电系统用直线旋转永磁电机及其电能变换单元研究

发布时间：2020-10-20 19:37

　　 本文设计了一种风浪组合发电系统用直线旋转永磁电机及其电能变换单元,该电机同时利用风能和波浪能进行发电,输出电能经能量变换单元转换为幅值和频率恒定的正弦波交流电。相比传统的风浪组合发电系统,基于直线旋转永磁电机的新型风浪组合发电系统具有结构更加紧凑、材料利用率提高、综合成本低等优点。本文的主要研究内容包括:(1)针对现有风浪组合发电系统存在的问题,提出一种基于新型直线旋转永磁电机的风浪组合发电系统新结构,分析组合发电系统及直线旋转永磁电机的结构特点和运行原理,建立直线旋转永磁电机的数学模型。(2)基于风浪组合发电系统运行原理,指出直线旋转永磁电机的设计特点和特殊要求,明确波浪与风速的映射关系,给出电机转子和动子额定速度的计算方法和计算结果。(3)根据指标要求,开展直线旋转永磁电机的电磁设计,并计算电机的电磁参数;利用电磁场有限元方法计算电机内的电磁场,验证理论分析与解析计算的正确性。(4)计算和分析直线旋转永磁电机的输出特性,揭示电磁参数对输出特性、气隙磁密及磁场耦合的影响规律,实现参数的优选,提高电机性能和功率密度。(5)确定风浪组合发电系统输出侧能量变换单元的基本架构,建立能量变换单元的仿真模型,基于理想电压源和场路耦合方法对能量变换过程进行仿真分析;研制正弦波逆变器验证仿真分析和理论计算结果。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM351
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 风浪组合发电系统的国内外研究现状
    1.3 风力发电和波浪发电用永磁电机的研究现状
        1.3.1 风力发电用永磁电机的研究现状
        1.3.2 波浪发电用永磁电机的研究现状
    1.4 直线旋转永磁电机的研究现状
    1.5 永磁电机电磁计算方法的研究现状
    1.6 风浪发电系统输出能量变换单元的研究现状
    1.7 研究内容和论文结构
        1.7.1 研究内容
        1.7.2 论文结构
第二章 新型风浪组合发电系统及LRPMG基本结构和数学模型
    2.1 引言
    2.2 新型风浪组合发电系统的基本结构
    2.3 LRPMG的基本结构
    2.4 风力发电和波浪发电的数学模型
        2.4.1 风力发电数学模型
        2.4.2 波浪发电数学模型
    2.5 LRPMG的数学模型
        2.5.1 定子ABC坐标系下的数学模型
        2.5.2 转子dq坐标系下的数学模型
    2.6 小结
第三章 基于近海风况的LRPMG额定速度计算
    3.1 引言
    3.2 LRPMG额定速度特点分析
    3.3 近海波浪特性实测数据
    3.4 近海波浪特性随风速变化的关系
        3.4.1 基于最小二乘法的函数拟合结果
        3.4.2 基于MATLAB多项式拟合工具箱的函数拟合结果
        3.4.3 两种计算结果对比分析
    3.5 LRPMG额定速度的计算
        3.5.1 转子额定速度的计算方法
        3.5.2 动子额定速率的计算方法
        3.5.3 LRPMG额定速度的计算结果
    3.6 小结
第四章 LRPMG的电磁设计
    4.1 引言
    4.2 LRPMG的设计指标
    4.3 LRPMG主要尺寸公式
    4.4 LRPMG的电磁计算
        4.4.1 极槽配合设计
        4.4.2 气隙长度选择
        4.4.3 永磁体的尺寸计算
        4.4.4 定子齿槽参数计算
        4.4.5 绕组匝数计算
    4.5 LRPMG的设计结果
    4.6 小结
第五章 LRPMG的电磁场计算与分析
    5.1 引言
    5.2 LRPMG电磁场分布特点分析
    5.3 二维有限元计算与分析
        5.3.1 旋转单元的计算与分析
        5.3.2 直线单元的计算与分析
    5.4 LRPMG的功率密度
        5.4.1 功率密度的计算方法
        5.4.2 LRPMG和其它电机的功率密度比较
    5.5 基于三维模型的直线旋转单元电磁场耦合分析
        5.5.1 LRPMG的定子轭部磁场分析
        5.5.2 LRPMG的气隙磁场分析
    5.6 LRPMG的参数优选
        5.6.1 旋转单元电压调整率
        5.6.2 LRPMG的定子轭厚
    5.7 小结
第六章 LRPMG输出侧能量变换单元特性仿真
    6.1 引言
    6.2 输出侧能量变换单元结构设计
    6.3 基于理想电压源的输出侧能量变换单元仿真分析
        6.3.1 SPWM控制方式
        6.3.2 仿真模型的搭建
        6.3.3 仿真结果与分析
    6.4 基于Maxwell和simplorer的场路耦合仿真分析
        6.4.1 模型搭建
        6.4.2 仿真结果与分析
    6.5 小结
第七章 LRPMG输出逆变器的设计与实验
    7.1 引言
    7.2 逆变器的设计
        7.2.1 逆变电路的拓扑结构
        7.2.2 功率开关管的选择
        7.2.3 驱动电路
        7.2.4 滤波电路
        7.2.5 控制电路设计
        7.2.6 电压反馈电路
    7.3 实验结果与分析
        7.3.1 实验原理
        7.3.2 空载实验结果与分析
        7.3.3 负载实验结果与分析
    7.4 小结
第八章 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 课题展望
参考文献
攻读硕士期间的研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2849072