高滑差绕线式异步风力发电机的设计及其CAD系统开发

论文摘要

随着世界能源危机的加剧,世界各国正在积极寻找新的能源来解决能源危机。清洁、永续且不计成本的风能成了新能源发展的宠儿。风力发电是利用风能的最有效的途径。本文所设计的高滑差绕线式异步风力发电机主要用于驱动一级风场中两桨式风机,它去除了双馈式风力发电机转子复杂的控制部分,转子绕组采用外接电阻的设计方案,很好地解决了发电机高滑差运行状态时的转子温升问题。这种风力发电机相比双馈式异步风力发电机而言,因为没有转子控制电路和滑环,减少了一次性投资和维护费用;与直驱式永磁风力发电机相比,转子部分不存在永磁体高温易退磁的问题,而且体积小。同时还具有可靠性高的优点。通过对比分析异步发电机与电动机在电磁设计上的不同点,基于准确的Γ型等值电路,对电机电磁设计程序进行了部分改进。对电机的激磁阻抗、激磁电流、感应电势、滑差率等进行了精确分析,得到了适用于异步发电机电磁设计的表达式,从而建立起异步发电机的数学模型。分析了发电机转子绕组在有无外接电阻时电流及损耗的变化。用Visual Basic6.0开发了该发电机的CAD设计系统,该系统具有操作简单、输入输出数据易于管理及实用性强等优点。利用本文所建立的异步风力发电机的计算模型,针对一台1000kW的高滑差绕线式异步风力发电机进行了实际设计计算,所得设计方案已用于企业在样机的研制生产过程中。样机实验结果和设计结果相吻合,设计符合要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义
• 1.2 风力发电机发展现状及研究进展
• 1.3 电机CAD 技术概况及发展方向
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 高滑差绕线式异步风力发电机的数学模型
• 2.1 概述
• 2.2 异步发电机的数学模型
• 2.3 异步发电机与异步电动机设计的不同点
• 2.4 高滑差绕线式异步风力发电机设计的改进
• 2.4.1 准确Г型电路中激磁阻抗的计算
• 2.4.2 准确Г型电路中激磁电流的计算
• 2.4.3 准确Г型电路中满载电势、滑差率的计算
• 2.5 外接电阻的设计计算及转子损耗分布
• 2.6 本章小结
• 第3章 高滑差绕线式异步风力发电机的电磁设计
• 3.1 高滑差绕线式异步风力发电机的额定数据和性能指标
• 3.2 主要尺寸和气隙长度的确定
• 3.2.1 高滑差绕线式异步风力发电机计算功率的确定
• 3.2.2 异步发电机电磁负荷的初选
• 3.2.3 定子主要尺寸的确定
• 3.2.4 气隙长度的计算
• 3.3 定、转子槽数的确定
• 3.3.1 发电机定子槽数的选择
• 3.3.2 转子槽数及转子斜槽的选择
• 3.4 定子绕组的设计
• 3.4.1 定子绕组型式和节距的选用
• 3.4.2 定子绕组线规和并联支路数的确定
• 3.4.3 定子每相串联导体数、每槽导体数的确定
• 3.5 转子绕组的设计
• 3.6 定、转子槽型的设计
• 3.6.1 定子槽型及其尺寸
• 3.6.2 转子槽型及其尺寸
• 3.7 定、转子槽满率的计算
• 3.8 基于准确Г型电路参数的计算
• 3.9 高滑差绕线式异步风力发电机计算单
• 3.10 本章小结
• 第4章 高滑差绕线式异步风力发电机的CAD 设计系统
• 4.1 系统设计的环境
• 4.1.1 硬件环境
• 4.1.2 软件环境
• 4.2 高滑差绕线式绕线异步风力发电机设计程序的开发
• 4.2.1 电磁设计程序流程
• 4.2.2 电机电磁软件结构框图
• 4.3 CAD 系统界面设计
• 4.3.1 CAD 系统输入界面
• 4.3.2 发电机辅助设计输出界面
• 4.4 本章小结
• 第5章 高滑差绕线式异步发电机样机实验
• 5.1 样机实验结果
• 5.2 样机设计值和实验值的对比分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢