直接驱动式永磁风力发电机设计研究

论文题目: 直接驱动式永磁风力发电机设计研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电气工程

作者: 谢若初

导师: 王凤翔

关键词: 直驱式,低速,永磁风力发电机,设计

文献来源: 沈阳工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越被人们所关注,风力发电更是受到人们的重视。现代风力发电技术的发展趋势一是无刷化,二是采用取消增速机构的风力机直接驱动低速发电机,其中最典型的是直接驱动式永磁风力发电机。尤其是中小型直接驱动式永磁风力发电机,结构简单,运行可靠,即可并网又可独立运行,特别适合于我国边远地区,具有广阔的推广应用前景。 目前,国内对直接驱动式永磁风力发电机的研究还处在起步阶段,没有适用于中小型直接驱动式永磁风力发电机成熟的设计方法,本文以50kW直接驱动式永磁风力发电机为例,进行该种电机设计方法的研究。 首先,分析直接驱动式永磁风力发电机的设计特点。由于电机转速很低,为了充分利用其圆周线速度,一般需要采用直径大而轴向长度短的结构,与传统高速电机的细长结构有很大区别。因电机转速低、极数多而电机外径不能太大,定子槽数有限,需要采用适当的极数和槽数配合、磁极和绕组结构来削弱电势谐波和减小转矩脉动。 其次,采用等效磁路的方法,根据电机的技术要求,进行电磁方案的初步设计,确定电机的基本结构、永磁体和铁心尺寸及绕组参数,以便建立进行磁场分析的模型。 再次,基于有限元磁场分析进行电磁性能计算。对已建立的电机模型,采用二维场路结合的负载电流迭代法,计算不同转子位置下的电机磁场分布、绕组电压、电流波形及瞬态电磁转矩等,对比分析不同设计方案的电机性能,确定最优设计方案。 最后,根据永磁电机的励磁不可调性,和定子绕组匝数多,电枢去磁反应大的特点,采用永磁体径向式和切向式相结合的混合式Halbach结构,增加气隙磁密,减小转子轭部磁密,从而提高电机的力能密度和减小电机体积。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 永磁风力发电机的国内外发展现状

1.3 永磁风力发电机结构形式

1.4 永磁电机电磁设计的发展状况

1.5 本论文的主要工作

1.5.1 直接驱动式永磁风力发电机电磁计算方法

1.5.2 直接驱动式永磁风力发电机结构设计

2 永磁风力发电机结构特点及其设计

2.1 永磁风力发电机总体设计方案

2.1.1 永磁风力发电机的设计特点

2.1.2 永磁风力发电机的结构

2.1.3 永磁体的结构

2.2 定子绕组设计

2.3 50kW直接驱动式永磁风力发电机总体结构设计

3 永磁风力发电机的数学模型与电磁计算

3.1 永磁风力发电机的数学模型

3.2 永磁风力发电机的电磁设计

3.2.1 永磁发电机电磁设计特点

3.2.2 电磁设计

3.3 50kw直接驱动式永磁风力发电机设计

3.3.1 额定数据

3.3.2 定子主要尺寸估算

3.3.3 转子主要尺寸估算

4 永磁风力发电机的电磁场分析

4.1 ANSYS简介

4.2 基于ANSYS电磁场分析的原理

4.2.1 电磁场基本理论

4.2.2 电磁场有限元法求解

4.3 基于ANSYS进行电磁场分析的方法

4.4 基于ANSYS软件的几种电磁设计方案

4.4.1 三相径向式永磁体多极少槽分数槽的电磁设计

4.4.2 三相径向式永磁体多极多槽分数槽的电磁设计

4.4.3 三相径向式永磁体多极整数槽的电磁设计

4.4.4 三相切向式永磁体多极分数槽的电磁设计

4.4.5 对比方案

5 Halbach阵列在50kW直接驱动式永磁风力发电机电磁设计中的应用

5.1 Halbach阵列的工作原理

5.2 50kW永磁风力发电机采用Halbach阵列的方法

6 全文总结

参考文献

在学研究成果

致谢

发布时间: 2006-08-25

参考文献

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