小型永磁风力发电机设计与优化研究

发布时间：2017-10-02 06:45

  本文关键词：小型永磁风力发电机设计与优化研究

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【摘要】：传统的小电感小型永磁风力发电机,随着风速继续加大,发电机的转速增加,电枢电流也会随之增大,那么当达到极限电流时,就可能会烧坏绕组。对于小电感电机而言,若想使其能够在较大转速下继续运行,就必须采取“弱磁控制”来限制电枢电流,这就必然会增大成本并增加整个系统的复杂程度。针对这一问题,本文设计一种适合在较宽风速范围下运行的大电感小型永磁风力发电机。论文首先介绍了小型永磁风力发电机设计的基本原则,确定了小型永磁风力发电机的永磁体材料、槽数、极数和绕组结构这些基本的电磁方案。然后讨论了电机的磁路和电磁场计算基础理论及有限元分析方法,在此基础上对电机的结构进行了设计,包括电机的磁路、主要尺寸、槽型参数和定转子轭部参数等,并用有限元软件Ansoft Maxwell,从磁密分布、磁力线分布、绕组电感、空载反电动势波形和齿槽转矩等方面对所设计的小型永磁风力发电机进行了仿真验证。接着从槽口参数和永磁体尺寸这两个方面入手对小型永磁风力发电机进行了结构优化研究,主要研究了这些参数对电机定子绕组电感、空载反电动势波形和齿槽转矩的影响,得出了电机性能优化的相关结论。本文所设计小型永磁风力发电机,符合大电感特性要求,所建立的仿真模型,经仿真验证其具有恒流源输出特性。按照仿真模型的参数,通过外协制作加工了实物电机,经过测试该电机的运行特性,得到了空载反电动势波形,绘制了在不同转速下的空载损耗曲线,得出电机在额定转速下的效率,并且验证了实物电机的恒流源特性。总之,仿真模型与实物电机的性能均符合设计要求,验证了所设计电机的合理性。
【关键词】：小型永磁风力发电机 有限元分析 结构设计 优化研究
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外永磁风力发电机的研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容及章节安排13-16
• 1.3.1 本文研究的目的及内容13-14
• 1.3.2 论文章节安排14-16
• 第2章 大电感小型永磁风力发电机特点及理论基础16-30
• 2.1 小型永磁风力发电机基本结构及特点16
• 2.2 大电感小型永磁风力发电机特性及等效模型16-20
• 2.2.1 大电感永磁风力发电机特性16-17
• 2.2.2 大电感永磁风力发电机等效模型17-18
• 2.2.3 大电感永磁风力发电机的电感范围18-20
• 2.3 永磁材料性能及选择原则20-22
• 2.3.1 永磁材料性能参数20-21
• 2.3.2 永磁材料的选择原则21-22
• 2.4 小型永磁风力发电机的等效磁路22-25
• 2.4.1 永磁体的等效磁路22-23
• 2.4.2 外磁路的等效磁路23-25
• 2.4.3 永磁电机等效磁路25
• 2.5 小型永磁风力发电机的电磁场计算基础25-29
• 2.5.1 麦克斯韦方程26
• 2.5.2 位函数及其满足的偏微分方程26-28
• 2.5.3 边界条件的确定28
• 2.5.4 有限元法的基本原理28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 小型永磁风力发电机的结构设计及有限元仿真30-53
• 3.1 小型永磁风力发电机的绕组结构30-31
• 3.2 小型永磁风力发电机的槽数和极对数31-34
• 3.3 小型永磁风力发电机的结构设计34-47
• 3.3.1 小型永磁风力发电机主要设计内容34-35
• 3.3.2 电机主要尺寸设计35-38
• 3.3.3 电机磁路设计38-43
• 3.3.4 电机槽型参数设计43-46
• 3.3.5 电机定子和转子的轭部参数设计46-47
• 3.4 有限元验证47-52
• 3.4.1 有限元仿真软件简述47
• 3.4.2 电机参数确定与求解47-49
• 3.4.3 磁密分布49
• 3.4.4 磁力线分布49-50
• 3.4.5 绕组电感50-51
• 3.4.6 空载反电动势波形51
• 3.4.7 齿槽转矩51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 小型永磁风力发电机的优化设计研究53-65
• 4.1 电机电感的优化研究53-59
• 4.1.1 小型永磁风力发电机绕组电感定性分析53-54
• 4.1.2 小型永磁风力发电机电感的解析式分析54-56
• 4.1.3 小型永磁风力发电机电感的仿真分析56-59
• 4.2 永磁体参数对小型永磁风力发电机空载反电动势的影响59-62
• 4.2.1 离心高度对小型永磁风力发电机空载反电动势的影响60-62
• 4.2.2 极弧系数对小型永磁风力发电机空载反电动势的影响62
• 4.3 永磁体及槽口参数对小型永磁风力发电机齿槽转矩的影响62-64
• 4.3.1 永磁体的极弧系数对小型永磁风力发电机齿槽转矩的影响63
• 4.3.2 槽口宽度对小型永磁风力发电机齿槽转矩的影响63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 小型永磁风力发电机性能仿真与实物测试65-73
• 5.1 大电感小型永磁风力发电机仿真性能验证65-66
• 5.1.1 小型永磁同步风力发电机优化模型的有限元仿真65-66
• 5.1.2 大电感小型永磁同步风力发电机恒流源的特性66
• 5.2 小型永磁风力发电机实物性能测试66-72
• 5.2.1 永磁风力发电机的空载反电动势特性测量66-69
• 5.2.2 永磁风力发电机空载损耗与恒流源特性的测定69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间公开发表论文78-79
• 致谢79-80
• 作者简介80

【参考文献】

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本文编号：958142