论文摘要
在能源消耗迅猛增加,环境问题日趋严重的当今社会,人们已经开始将目光纷纷转向了可再生能源的开发和利用。其中,风力发电技术较为成熟,发电量高且清洁无污染。但其最大的问题就是应用范围受风能资源分布的影响较大,为了在占我国面积24%的风能贫乏区或者在高楼密集的城市中使用风力发电,同时也为了在占我国面积50%的风能可利用区延长风力发电机的有效工作时间,获得更多的电能,就必须设计一种新型的发电机来解决这一问题。本文介绍了一种新型的盘式无铁心永磁同步发电机,由于它本身具有许多特点,使得它可以在低风速下进行发电,使风力机的起动风速降低,低速性能更好,有更长的工作时间,从而产生更多的电能。作为一种结构特殊、性能卓越的发电机是一种理想的发电装置,具有极其广阔的应用前景。本文在盘式永磁同步发电机的基础上,为了降低起动阻转矩,利用稀土永磁材料钕铁硼高矫顽力的特点,将无铁心结构应用到其中,提出了一种省去定子铁心的双转子、单定子结构的盘式无铁心永磁同步发电机。为了提高电机每极下的主磁通和气隙磁密,提高永磁体的利用率,将90°Halbach阵列应用到电机中,提高了电机的性能。在电机的设计过程中离不开电机电磁场的计算。盘式永磁电机是轴向磁场电机,其磁路结构和电磁负荷分布不同于传统的圆柱式径向磁场电机,其磁场的三维、开域分布决定很难用将三维磁场化为二维磁场的方法进行计算。本文在盘式无铁心永磁同步发电机结构的基础上,对其建立三维模型,用三维有限元法计算三维电磁场,分析计算结果,并总结其磁场的分布规律。盘式无铁心永磁同步电机与普通永磁电机有很多不同之处,与传统电机的电磁设计相比,许多方法已经不再适用了,本文在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上,结合盘式无铁心永磁同步发电机的特点,总结了盘式无铁心永磁同步发电机的电磁计算程序,并对样机的加工工艺进行了探讨。
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中文摘要Abstract第一章 绪论1.1 风力发电技术的国内外发展及研究现状1.1.1 风力发电技术的国内外发展及研究现状1.1.2 小型风力发电技术的国内外发展及研究现状1.1.3 小型风力发电的潜在市场1.2 盘式永磁同步发电机的发展和研究现状1.2.1 盘式永磁同步电机的发展1.2.2 盘式永磁同步发电机的国内外研究现状和应用前景1.3 本课题研究的目的和意义1.4 本课题的主要研究内容第二章 小型风力发电系统及盘式无铁心永磁同步发电机理论2.1 小型风力发电系统的组成2.1.1 系统概述2.1.2 小型风力发电机组2.1.3 系统控制器2.1.4 蓄电池组2.1.5 逆变器系统2.2 小型风力发电系统的功率匹配2.2.1 小型风力发电系统功率匹配的准备工作2.2.2 小型风力发电系统功率匹配的主要依据2.2.3 小型风力发电系统功率匹配算例2.3 小型风力发电系统的保护措施2.3.1 风力机过速时的保护2.3.2 小型风力发电系统的防雷2.3.3 小型风力发电系统的接地2.4 盘式无铁心永磁同步发电机的基本原理2.4.1 盘式永磁同步电机的基本结构和特点2.4.2 盘式无铁心永磁同步发电机的结构及性能2.5 Halbach永磁体阵列的研究2.5.1 Halbach永磁体阵列的定义2.5.2 Halbach永磁体阵列的分类2.5.3 Halbach永磁体阵列的优良特性第三章 基于90°Halbach阵列盘式无铁心永磁同步发电机磁场分析与研究3.1 电磁场的理论基础3.2 有限元分析方法（FEM）3.3 FEM在基于90°Halbach阵列盘式无铁心永磁同步发电机的应用3.3.1 普通轴向充磁结构电机模型的建模3.3.2 90°Halbach阵列结构电机模型的建模3.3.3 气隙磁密分析3.3.4 漏磁分析3.3.5 主磁通分析3.3.6 背铁厚度对电机主磁通和气隙磁密幅值的影响3.3.7 空载气隙磁场波形3.3.8 结论第四章 基于90°Halbach阵列盘式无铁心永磁同步发电机的电磁设计4.1 盘式无铁心永磁同步发电机的基本电磁关系4.2 电机主要尺寸的设计4.2.1 极数和极弧系数的确定4.2.2 永磁材料的选择4.2.3 磁极尺寸的确定4.2.4 背铁厚度的确定4.3 电磁设计程序的开发4.4 基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机工艺研究4.4.1 盘式无铁心线圈加工工艺的研究4.4.2 永磁体的加工和固定工艺研究第五章 结论参考文献硕士期间发表论文和参加科研情况的说明致谢
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