1.5MW永磁半直驱风力发电机电磁场与温度场的计算与分析

摘要

随着世界能源危机的日益严重，针对可再生能源的研究得到广泛的重视。风力发电是可再生能源中发展最为迅速应用最为广泛的技术之一，其中大型并网式风力发电机是风力发电的重要发展方向。本文对大型并网型永磁风力发电机的电磁场与温度场进行了研究。
　　 首先，以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象，设计了三种极槽比不同的电机方案，建立电磁场二维有限元计算模型，确定出每种方案的绕组设计参数。研究了永磁半直驱式同步风力发电机空载与负载两种工况下的电磁场分布；给出三台电机各取一个单元电机内的负载气隙合成磁密图；计算了负载时绕组磁动势的谐波含量；研究了兆瓦级永磁电机转子和永磁体结构尺寸的变化对气隙磁密的影响。
　　 其次，根据传热学理论，建立温度场二维有限元计算模型，给出了转子旋转时气隙内空气的有效导热系数及三种结构方案发电机温度分布与计算结果，对比分析了三种方案发电机的机壳表面、定子绕组和转子表面温度的分布情况，并分别给出用流体与传热学理论和平面壁传热两种方法得到散热系数时的温度分布图。
　　 最后，文中对比分析了定子252槽、转子32极、永磁体在转子嵌放位置不同的两台风力发电机的温度场，计算了不同风速时两台风力发电机的的空载温度场和额定风速时的负载温度场，得出一些有益的结论，为将来兆瓦级风力发电机冷却系统设计提供理论参考。此外，文中还给出了相同类型结构的小型永磁同步风力发电机的实测数据与理论计算结果的比较，为设计大容量永磁半直驱风力发电机提供了一些有意义的参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源及主要研究内容

第2章1.5MW永磁半直驱同步风力发电机的设计

2.1 兆瓦级永磁半直驱同步风力发电机的特点

2.2 1.5MW永磁风力发电机永磁材料和转子结构的选择

2.2.1 永磁材料的选择

2.2.2 转子磁路结构的选择

2.3 1.5MW风力发电机设计方案的确定

2.3.1 绕组的设计

2.3.2 绕组的排布

2.4 本章小结

第3章1.5MW永磁半直驱风力发电机电磁场的计算与对比分析

3.1 边界条件和基本假设

3.2 转子结构的变化与气隙磁密的关系

3.3 负载电磁场的计算与分析

3.3.1 空、负载电磁场波形的对比分析

3.3.2 负载气隙磁密谐波分解

3.3.3 绕组磁动势谐波含量计算

3.3.4 负载电磁性能的计算

3.4 小型风力发电机实测值与计算结果的比较

3.5 本章小结

第4章1.5MW永磁半直驱风力发电机温度场的计算与分析

4.1 基本假设和温度场求解区域的确定。

4.2 气隙的准静止处理

4.3 损耗的确定

4.4 不同散热系数时电机温度场的计算与分析

4.4.1 基于流体传热理论的温度场计算

4.4.2 基于平面壁传热理论的温度场计算

4.5 小型风力发电机实测值与计算结果的对比

4.6 本章小结

第5章1.5MW两台不同转子结构的风力发电机温度场的计算与对比分析

5.1 两台不同转子结构风力发电机的比较

5.2 不同风速时空载温度场的计算

5.3 额定风速时负载温度场的计算

5.4 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