20kW直驱式垂直轴开关磁阻风力发电机设计及优化

摘要

中国地处北半球，青藏高原、内蒙古高原风力资源取之不尽，用之不竭，所以利用风能发电的风力发电机优势突显。节能减排、煤改电、电动汽车等新能源政策的推广，风力发电发挥着重要的作用。 随着风电技术的发展，水平轴风力发电由于噪声巨大，体积结构庞大、成本高、控制操作复杂等缺点越来越不被看好，相比于垂直轴以其体积小，发电效率合适，成本低，控制简单等优势受到国内外研究者的青睐。 发展直驱式垂直轴风力发电技术，符合分布式新能源发电技术的要求。开关磁阻发电机以其独特的双凸型结构、高性能的运行特性、优良的MPPT调整特性及成本低优势，将成为直驱式垂直轴风力发电的主力型发电机之一。 本课题的研究重点是20kW直驱式垂直轴开关磁阻发电系统设计及优化。首先对直驱式垂直轴风力机基本原理、开关磁阻电机系统的构成和开关磁阻电机的基本原理进行了的论述;其次，根据课题要求对直驱式垂直轴开关磁阻风力发电机进行设计。通过理论计算得到风轮结构参数，完成了风轮设计;根据电机理论计算得到电机结构参数初值，运用合理的优化方法，对开关磁阻电机关键参数（槽满率、相有效电流、相电流密度、额定转速、效率和额定转矩）完成仿真优化计算，使电机性能最优。论文对所设计的20kW直驱式垂直轴开关磁阻发电机性能进行了仿真验证，为后续的实物验证提供了理论基础。