不同工况下离网型永磁同步电机电磁与传热特性的研究

摘要

离网型风力发电是新能源中的一个重要组成部分，对人们工作生活的影响越来越大，其技术发展已经引起人们的普遍重视。离网型永磁风力发电机在风速与负载情况等工况不同时，其内部电磁场、温度场变化很复杂。作为离网型风力发电系统的核心部件，永磁发电机在不同工况下电磁场、温度场的研究工作很有必要。
　　 本文以一台400W离网型风力发电系统所用永磁同步发电机为例进行分析。首先，建立了发电机电磁场二维计算模型。采用有限元法及场路耦合的方法，计算了样机在不同转速时不同负载情况下的电磁参数。在计算过程中考虑了在离网型风力发电系统中整流桥对永磁同步发电机的影响。其次，在样机结构基础上，提出了两种不同的转子结构方案。对空载漏磁系数、反电动势波形以及气隙磁密的谐波含量进行了比较，分析了不同转子结构对电机电磁性能的影响。然后，在传热学理论基础上，以电磁分析得到的损耗为分布式热源，建立了电机的温度场二维有限元计算模型。分别基于两种传热学理论，对三种不同工况下发电机外部强迫对流换热的二维温度场进行了求解。可以看出，基于有限元理论计算结果与实测结果较为接近。对样机在不同风速、不同负载时的温度进行了计算与分析，得到了风速与负载对电机温度分布的影响关系。同时，开展了电磁与热性能试验研究工作，所得到的试验值与计算值比较接近。得出了一些有益性的结论，可为离网型永磁同步发电机的设计及优化提供重要参考。通过本课题的研究可以使相应的研究更加详细和深入，不仅可以提高离网型永磁同步发电机电磁场与温度场的计算精度，而且可以改善永磁发电机的电磁结构，可以有效地降低永磁电机的材料浪费问题，提高离网型风力发电机的运行可靠性和安全性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外离网型风力发电发展状况

1.2.1 国外发展现状及发展前景

1.2.2 国内发展现状及发展前景

1.3 离网型风力发电系统介绍

1.3.1 离网型风力发电系统结构与原理

1.3.2 离网型风力发电系统的主要部件

1.4 课题的来源及本文的研究内容

第2章 不同工况下电磁性能的计算与分析

2.1 实体模型与数学模型的建立

2.2 电磁分析过程

2.2.1 电磁分析时对永磁体磁性能的处理

2.2.2 电磁分析与计算过程

2.3 不同转速下空载电磁性能的计算

2.3.1 不同转速下空载交流电压计算

2.3.2 不同转速下空载整流电压计算

2.4 不同转速下负载电磁性能的计算

2.4.1 不同转速下负载交流参数计算

2.4.2 不同转速下负载直流参数计算

2.5 本章小结

第3章 不同转子拓扑结构对电磁场的影响

3.1 不同转子拓扑结构介绍

3.2 空载漏磁系数的计算与分析

3.3 空载电磁场的计算与分析

3.4 负载电磁场的计算与分析

3.5 本章小结

第4章 不同工况下温度场的计算与分析

4.1 传热学理论

4.2 基本假设和求解区域的确定

4.3 温度场求解参数的确定方法

4.3.1 损耗的确定方法

4.3.2 散热系数的确定方法

4.4 不同工况下的温度场的计算

4.4.1 不同工况下损耗的计算结果

4.4.2 基于平面壁传热的温度场计算

4.4.3 基于有限元流体传热的温度场计算

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

致谢