直驱式交流励磁风力发电机设计与分析

摘要

环保问题已经是解决温饱问题后的又一严重问题，风电作为绿色能源自然会得到国家的重视和人民的认可，风能由于它分布广、总量大的特点已经成为当今世界的研究热点，并且继水电、火电、核电之后逐渐变为第四大发电方式。本文通过对目前比较流行的风力发电机的优缺点进行对比，提出一种新型风力发电机，并对其工作原理进行了论述，同时本文设计了一台容量为120kW的直驱式交流励磁风力发电机。
　　首先，在对以往风力发电机的优缺点总结的基础上，提出一种新型风力发电机，给出它的结构图，并分析它的工作原理，分析该种风机的运行状态。不同于双馈异步风力发电机，在亚同步状态时该风机存在两种运行状态：低转速运行时，励磁频率不随转速的变化而改变，而当转速到达临界转速（由转子励磁容量决定的）后，励磁频率随转速变化而变化。
　　其次，根据双馈风力发电机和直驱永磁风力发电机的设计原则和新型直驱交流励磁风力发电机的运行特点，本文将设计一台120kW、16极新型风力发电机；应用VB开发电机设计软件，以期望缩短电机的设计周期和提高电机设计的精度与准确度。
　　最后，基于有限元法对所设计的电机进行仿真，计算电机在空载电压波形、额定负载时的发电机损耗，以及带整流桥负载时电机运行在最低发电转速附近时电机的铜耗、铁耗、输出直流电压、直流电流以及效率。仿真结果验证了风机在宽转速范围向电网送电的可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究意义

1.2课题研究背景

1.3风力发电发展现状

1.4本文主要研究内容

第2章 直驱式交流励磁风力发电机的基本原理

2.1 直驱式交流励磁风力发电机特点与工作原理

2.2 直驱式交流励磁发电机运行特性

2.3 直驱式交流励磁发电机内部电磁特性

2.4 本章小结

第3章 直驱式交流励磁风力发电机的电磁设计

3.1 直驱式交流励磁风力发电机的主要尺寸

3.2 计算功率与主要尺寸

3.3 铁心槽型和绕组的选择

3.4 直驱式交流励磁风力发电机电磁计算方法

3.5 直驱式交流励磁风力发电机电磁设计程序开发

3.6 利用Ansoft中的RM对所设计的电机分析

3.7 本章小结

第4章 直驱式交流励磁风力发电机的有限元分析

4.1 建立有限元模型

4.2 空载特性分析

4.3 负载特性分析

4.4 带整流桥负载分析

4.5 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和获得的专利

致谢