开关磁阻四端口机电换能器及在风力发电中的应用研究

论文摘要

四端口机电换能器具有两个电气端口和两个机械端口,可以实现无级变速和功率流分配的功能。它首先被用在混合动力车上以取代机械变速箱以实现发动机的高效率工作。分布式发电可以有效地弥补传统的大电网集中供电的缺陷,近些年成为了国内外学者的研究热点。风力发电无污染,可再生,取之不尽用之不竭,是很好的分布式电源。作者将四端口机电换能器用于风力发电,设计了专门用于作布式电源的风力发电系统。它能够使用普通同步发电机发出恒频恒功率交流电,电能质量更好,所使用的变换器功率低于发电机功率。论文在对四端口机电换能器的基本功能分析的基础上,论述了四端口机电换能器在风力发电上的三种作用,分析了由此构成的三种风力发电系统特点。提出了一种基于四端口机电换能器的分布式发电系统结构。分析了四端口机电换能器作为二级变速器和功率分配器在分布式系统中应用的优势。给出了工作原理和设计风轮、增速箱、四端口机电换能器内外电机及同步发电机的参数的方法。提出了以四端口机电换能器为核心的控制策略。对开关磁阻四端口机电换能器进行了电磁设计,并以此进行了有限元仿真,分析了开关磁阻四端口机电换能器内外电机单独工作与联合工作的转矩和电流变化情况;以转矩和电流影响率为目标分析得出了最佳中间转子轭部厚度。分析了开关磁阻四端口机电换能器的磁路结构,得出了内外电机避免磁耦合的原则。以转矩和效率为目标,仿真分析了内电机在各个转速段的最佳开通角和关断角,为控制器的设计提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 四端口机电换能器研究状况与趋势分析
• 1.2.1 基于感应电机原理——电气变速器
• 1.2.2 基于永磁电机原理——四象限能量变换器
• 1.2.3 基于开关磁阻原理的——开关磁阻双转子电机
• 1.2.4 双机械端口电机
• 1.2.5 四端口机电换能器的关键技术研究与问题
• 1.3 风力发电技术
• 1.3.1 交直交风力发电技术
• 1.3.2 双馈风力发电技术
• 1.3.3 永磁直驱风力发电技术
• 1.3.4 电气无级变速双功率流风力发电机组
• 1.3.5 分布式发电系统及特点
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 基于四端口机电换能器的风电系统构成与控制策略
• 2.1 四端口机电换能器在风力发电中的作用分析
• 2.1.1 四端口机电换能器的工作原理
• 2.1.2 基于四端口机电换能器的风电系统的结构
• 2.2 基于四端口机电变换器的分布式发电系统
• 2.3 基于四端口机电能量变换器的风电系统控制策略分析
• 2.3.1 运行方式和能量流分析
• 2.3.2 控制策略分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于四端口机电换能器的风电系统系统设计
• 3.1 系统对四端口机电换能器的要求
• 3.1.1 工作环境对四端口机电换能器的要求
• 3.1.2 运行特点和负载对四端口机电换能器的要求
• 3.1.3 其他要求
• 3.2 系统各部分参数设计
• 3.2.1 风轮和增速箱
• 3.2.2 发电机
• 3.2.3 四端口机电能量变换器
• 3.3 本章小结
• 第4章 开关磁阻四端口机电换能器中间转子耦合分析与优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 电磁设计
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.4 内外电机单独工作与联合工作时的对比分析
• 4.4.1 外电机单独工作时的稳态特性分析
• 4.4.2 内转子绕组单独通电时的稳态特性分析
• 4.4.3 定转子绕组同时通电时的磁耦合分析
• 4.5 开关磁阻四端口机电换能器中间转子的设计
• 4.5.1 四端口机电换能器中间转子厚度的设计
• 4.5.2 四端口机电换能器中间转子形状的选择
• 4.6 本章小结
• 第5章 开关磁阻四端口机电换能器运行状态研究
• 5.1 开关磁阻四端口机电换能器磁路分析
• 5.1.1 定子磁势和内转子磁势方向相同
• 5.1.2 定子磁势和内转子磁势方向相反
• 5.2 开关角的优化
• 5.2.1 开关角约束条件
• 5.2.2 以平均转矩最大和效率最高进行优化
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢