永磁直驱风力发电机的电磁设计与分析

发布时间：2017-10-03 03:06

  本文关键词：永磁直驱风力发电机的电磁设计与分析

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【摘要】：近年来,空气污染问题在我国日趋显现。采用清洁可再生能源发电,以逐步代替以燃煤为动力的火力发电,被认为是缓解空气污染乃至解决能源危机的主要办法之一。风力发电是目前应用较广,未来有较好发展前景的新能源发电方式。其中,永磁直驱风力发电机以其功率密度大、效率高、运行可靠性好、维护成本低等优点,成为了近年来的研究热点。本文针对市场需要量较大,功率等级为1.5MW的低速永磁直驱风力发电机,进行了电磁方案的设计与分析。首先,本文阐述了分数槽集中绕组槽极配合选择的一般规律,选择槽极配合为12槽10极的分数槽集中绕组设计这台永磁发电机。之后,根据传统的解析法,近似计算径向通风道对电机电磁性能的影响。应用磁路法完成了电机电磁方案的初始设计。然后,采用有限元法分析比较了电机在不同极数以及不同定子齿宽时的电磁性能,选择了较优的极数与齿宽方案。最后,对电机转子轭部硅钢层与结构钢层的厚度比例进行了优化设计,并完成了最终电磁方案的设计工作。针对磁钢涡流损耗较大的问题,本文首先采用三维有限元法,详细计算磁钢的涡流损耗。然后分析比较了磁钢沿轴向均等分段与沿圆周方向均等分段对磁钢涡流损耗的影响。分析结果表明,两种磁钢分段方法均可以大幅减小磁钢总涡流损耗。但是,沿圆周方向均等分段会引起同一极下不同磁钢块的损耗不相等的问题,容易导致部分磁钢发热较大,甚至发生不可逆去磁的严重后果。采用沿圆周方向不均等分段可以有效平均磁钢的涡流密度,同时降低磁钢的总损耗。综合以上分析,本文设计了一台额定功率为1.65MW的永磁发电机。这台电机的空载反电势谐波畸变率仅为0.7%;无需斜极斜槽等复杂工艺,额定负载下的转矩波动仅为1.2%;短路情况下,永磁磁钢没有发生不可逆退磁等不良后果。不同转速区间内的运行性能也在本文中进行了分析。
【关键词】：直驱永磁电机 分数槽集中绕组 磁钢涡流损耗 磁钢分段
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 2 1.5MW永磁直驱风力发电机电磁参数的设计17-40
• 2.1 分数槽集中绕组槽极配合的选择18-22
• 2.2 永磁磁钢的材料选择22
• 2.3 径向通风道对电磁性能影响的等效处理22-25
• 2.4 基于磁路法的电磁方案初始设计25-28
• 2.5 电机极数对电机性能的影响分析28-32
• 2.6 定子齿宽的设计32-33
• 2.7 转子电磁结构的设计33-35
• 2.8 电磁方案设计的结果35-39
• 2.9 本章小结39-40
• 3 转子磁钢涡流损耗分析40-58
• 3.1 永磁磁钢发生不可逆退磁的机理40-41
• 3.2 磁钢涡流损耗的成因41-44
• 3.3 基于三维有限元仿真的磁钢涡流损耗分析44-47
• 3.4 磁钢涡流损耗的抑制方法47-49
• 3.5 磁钢沿轴向分段对其涡流损耗的影响49-52
• 3.6 磁钢沿圆周方向均等分段对其涡流损耗的影响52-55
• 3.7 磁钢沿圆周方向不均等分段对其涡流损耗的影响55-57
• 3.8 本章小结57-58
• 4 1.5MW永磁直驱风力发电机电磁性能分析58-73
• 4.1 空载特性分析58-59
• 4.2 额定负载特性分析59-65
• 4.3 不同运行转速区间内的性能分析65-68
• 4.4 短路特性分析68-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 总结与展望73-76
• 5.1 全文总结73-74
• 5.2 课题展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-84
• 附录I 攻读硕士学位期间发表论文目录84

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本文编号：962780