3MW直驱永磁风力发电机电磁设计与理论规律研究

摘要

随着全球能源危机的加剧和人们环保意识的增强，可再生能源的利用倍受重视，其中风力发电因其相关技术成熟、可规模开发等特点而得到较快发展。传统的风力发电机为双馈感应发电机，因其具有复杂的励磁系统和齿轮变速箱而限制了其应用和发展。本文中设计的风力发电机使用永磁体励磁，并采用直接驱动方式。这种直驱永磁风力发电机使风力发电系统大为简化，提高了发电机的运行稳定性和发电效率。
　　本文根据直驱永磁发电机区别于传统发电机的新结构特点、设计特点和运行特点，采用了分数槽的极槽配合来设计直驱永磁发电机，并结合使用了双层叠绕组，获得了正弦性很好的发电波形，有效地降低了齿槽转矩。在有限元软件的二维电磁场中建立了发电机模型和外电路模型，并对其进行了空载、额定负载、三相短路状况下的运行性能分析，验证了本电磁设计的合理性。并结合分析结果计算了功率因数、漏磁系数和电抗参数。本文还对不同的极槽配合进行对比分析，从中选取了最优方案，使得感应电动势谐波畸变率最小，齿槽转矩最小。
　　重点研究了直驱永磁风力发电机退磁风险分析。探究了分数槽永磁发电机的退磁特点和分析方法，通过对短路时转子初始角参数化，寻找到退磁风险最大的时刻，并进一步对磁极不同表面深度处磁密进行分析，确定了最大退磁风险点的位置。研究还得到了A相轴线与d轴夹角θ0从0°到90°变化过程中磁极磁密曲线变化趋势，探究了磁极外表面前、后两端点处的磁密大小变化过程，从而得到了磁密曲线畸变规律和最大退磁风险点的移动趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 风力发电发展与国内外现状

1．2．1 国内风电发展现状

1．2．2 国外风电发展现状

1．3 海上风电机组发展趋势

1．4 本文研究主要内容

第2章 直驱永磁风力发电机的电磁设计

2．1 主要技术数据

2．2 直驱永磁发电机基本参数确定

2．2．1 主要尺寸的选择

2．2．2 永磁体的选择及其尺寸确定

2．2．3 电磁负荷的选取

2．2．4 极槽数配合的选取

2．2．5 定子绕组的设计

2．3 本章小结

第3章 直驱永磁风力发电机的电磁分析

3．1 直驱永磁发电机的模型建立

3．2 直驱永磁发电机的电磁分析

3．2．1 空载性能仿真

3．2．2 负载性能仿真

3．2．3 短路性能仿真

3．3 相关参数计算

3．3．1 功率因数计算

3．3．2 漏磁系数计算

3．3．3 电抗计算

3．4 本章小结

第4章 直驱永磁风力发电机的理论规律研究

4．1 极槽配合的对比与选择

4．1．1 齿槽转矩对比

4．1．2 感应电动势波形对比

4．2 短路退磁分析及规律探究

4．2．1 电枢反应退磁原理

4．2．2 分数槽电机退磁分析特点

4．2．3计算结果及分析

4．3 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