离网型风力发电机在不同状态下的电磁与温度场计算分析

摘要

现在全世界均面临着能源危机,迫使人类正在努力开发新能源。风能是新能源中发展最为迅速,技术条件最成熟的新能源之一,为人类最终解决能源问题带来了新希望。离网型风力发电技术是新能源中的重要组成部分,其普及应用程度提高了远离常规电网地区人们的物质和文化生活水平。
　　 首先,本文以一台离网型永磁同步风力发电机为例,介绍了发电机的基本结构参数,建立了二维电磁场计算模型。采用时步有限元法,分析了永磁发电机在不同转速下空载和负载时电机内部的磁场分布；采用二维瞬态电磁场和外电路耦合法,仿真了发电机带整流负载工作时发电机的电压和电流波形。
　　 其次,采用场路耦合法对发电机在不对称短路运行时电机内部的磁场进行仿真计算,并给出了当永磁体处在不同位置发生线间短路和单相对地短路时的电流数值及其随时间的变化情况。
　　 最后,基于电磁学与传热学理论基础,建立发电机的二维温度场模型。考虑了温升对定子绕组阻值的影响；利用解析法与数值法相结合的方法,计算了机壳表面传热系数,为风力发电机的表面传热系数计算提供了新思路；对发电机在低转速下发生三相短路故障时的温度场进行了分析计算,并给出了电机内部不同位置处的温度随时间的变化情况。
　　 本文采用有限元法对离网型风力发电机的电磁场、温度场进行了计算分析,组建了小型风力发电性能测试系统。按照国标的具体要求,对离网型风力发电机进行了空载、负载、短路温升试验,分别将所得出的理论计算值与实测值进行对比,误差均满足工程实际要求。