兆瓦级直驱式永磁风力发电机关键技术研究

论文摘要

近年来,由于全球能源紧缺及环保意识的加强,清洁能源得到了很大发展。风力发电作为清洁能源利用的一种主要形式,在全世界迅速发展,其技术已日趋成熟,单机容量不断增加。在风力发电系统中,风力发电机作为主要部件之一,在系统中起主要作用。在各种发电机中,永磁直驱式发电机由于结构简单、效率高、不需要减速箱等优点,在大型风力发电系统中被优先采用。我国的直驱式永磁风力发电机的研究仍处于初级阶段,本文主要针对直驱式永磁风力发电机,在起动阻力矩计算和电机温升计算方面进行了探讨研究。首先,通过对永磁风力发电机的起动阻力矩进行理论研究,提出了几种基于不同理论的永磁风力发电机起动阻力矩计算方法,且利用matlab编写了计算程序;讨论了减小起动阻力矩的几种常用方法,如磁极数与槽数合理配合、选择适当的极弧系数、采用不等宽槽口等。其次,通过分析永磁风力发电机发热情况,本文采用热路法进行了电机温升计算的研究,并利用visual basic编写了计算程序。再次,本文分别利用有限元计算软件Ansoft和ANSYS对直驱式永磁风力发电机的起动阻力矩和温升分布针对样机进行了仿真计算。最后,根据永磁同步发电机的基本理论,利用永磁发电机的设计程序,设计了一台10kW直驱式永磁风力发电机并进行了试验,测得起动阻力矩和温升参数,与计算所的结果进行比对,结果基本满足技术要求。在10kW永磁风力发电机设计基础之上,给出了2MW直驱式永磁风力发电机的设计参数,且采用文中所提方法进行了起动阻力矩和温升的计算;采用减小起动阻力矩的几种常用方法对电机进行了优化。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景、内容及意义
• 1.2 国内外相关研究发展现状
• 1.2.1 发电机起动阻力矩研究概况
• 1.2.2 发电机温升计算研究概况
• 1.3 课题来源与主要工作
• 第二章 永磁风力发电机起动阻力矩研究
• 2.1 永磁风力发电机起动阻力矩构成分析
• 2.2 起动阻力矩组成成分计算
• 2.2.1 磁滞转矩计算方法
• 2.2.2 齿槽转矩计算方法
• 2.2.3 摩擦转矩计算方法
• 2.3 起动阻力矩计算方法研究
• 2.3.1 基于铁磁学的永磁风力发电机起动阻力矩计算方法
• 2.3.2 磁密傅立叶分解计算永磁风力发电机起动阻力矩
• 2.3.3 等效磁荷法解析计算永磁风力发电机起动阻力矩
• 2.4 永磁风力发电机起动阻力矩减小措施
• 2.5 本章小结
• 第三章 永磁风力发电机温升计算研究
• 3.1 永磁发电机损耗分析
• 3.2 永磁风力发电机传热及冷却分析
• 3.2.1 发电机传热分析
• 3.2.2 发电机冷却分析
• 3.3 永磁风力发电机温升计算分析
• 3.4 永磁风力发电机温升计算方法
• 3.5 温升计算程序编制
• 3.6 本章小结
• 第四章 永磁发电机起动阻力矩及温升仿真计算
• 4.1 永磁发电机起动阻力矩有限元仿真计算
• 4.2 永磁发电机温升有限元仿真计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 样机设计、实验及结果验证
• 5.1 10κW直驱式永磁风力发电机设计
• 5.2 样机起动阻力矩试验测定
• 5.3 样机温升试验测定
• 5.4 样机起动阻力矩及温升计算结果和试验结果对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 兆瓦级直驱式永磁风力发电机设计
• 6.1 2MW直驱式永磁风力发电机的设计思路
• 6.1.1 2MW直驱式永磁风力发电机额定数据
• 6.1.2 2MW直驱式永磁风力发电机主要尺寸选择
• 6.1.3 2MW直驱式永磁风力发电机定转子、气隙及永磁体设计
• 6.2 2MW直驱式永磁风力发电机起动阻力矩的优化
• 6.3 2MW直驱式永磁风力发电机参数计算
• 6.3.1 2MW直驱式永磁风力发电机起动阻力矩计算
• 6.3.2 2MW直驱式永磁风力发电机温升计算
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录:2MW直驱式永磁风力发电机电磁设计数据
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表