单相圆筒开关磁阻直线发电机研究

摘要

本文首先介绍了国内外波浪能发电的发展历史及研究现状，叙述了波浪能的优点及应用前景。依据波浪能发电的特点，对适用于波浪能发电的几种直线电机进行对比分析。在此基础上，总结了圆筒开关磁阻直线电机适用于波浪能发电的特点及优势，介绍了圆筒开关磁阻直线电机的基本结构与工作原理，以适用于低速直驱海浪发电系统为应用背景，叙述了波浪能直驱式发电系统的运行原理。以一台单相圆筒开关磁阻直线电机为研究对象，根据电机的几何尺寸及相关参数，在有限元电磁场分析软件Flux平台上，分别建立了该电机的二维和三维有限元电磁场仿真模型，并分别进行有限元静态电磁场和动态电磁场仿真分析。通过电机有限元静态电磁场仿真计算，得到了电机的磁场分布、磁链-位置-电流特性及静态电磁力等相关静态特性，并分别对二维、三维有限元静态电磁场仿真结果进行分析。在有限元动态电磁场仿真平台上，建立了该电机的发电模型，通过仿真计算，得到了电机绕组的磁链、电压和电流波形及输出端电压变化曲线，并对仿真结果进行了分析。
　　在Matlab/Simulink仿真平台上，将电机二维和三维有限元静态电磁场仿真计算得到的磁链数据分别导入到查找表中，搭建了单相圆筒开关磁阻直线电机发电系统仿真模型。采用电流斩波控制，对电机分别进行了两种电流斩波限和五种动子运动频率的发电系统仿真，得到了发电系统的输出端电压及绕组相电流波形，并进行了分析。
　　在样机硬件实验平台上，分别进行了单相圆筒开关磁阻样机的静态电磁力测试和发电系统实验验证。通过样机静态电磁力测试，得到了样机不同电流下的静态电磁力随动子位置的变化曲线，并分别与该样机的二维、三维有限元静态电磁场仿真结果进行了对比分析，结果表明，该样机的有限元电磁场仿真模型是有效的，且三维有限元电磁场仿真模型的精确度更高。通过发电系统实验，得到了发电系统输出端电压和绕组相电流波形。为了提高该单相电机的发电性能，从电机本体结构角度出发，对电机结构做出进一步的改进，给出了其改进前后的电机性能对比分析。最后，对全文工作进行了总结，给出了进一步工作的设想。
　　该论文有图58幅，表6个，参考文献81篇。

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变量注释表

1概述

1.1 波浪能发电研究背景

1.2 适用于波浪能发电系统的直线发电机介绍

1.3圆筒开关磁阻直线电机介绍

1.4本文主要研究工作

2 TSRLG二维有限元电磁场分析

2.1单相TSRLG结构及尺寸

2.2 二维有限元静态电磁场分析

2.3 二维有限元动态电磁场分析

2.4本章小结

3 TSRLG三维有限元电磁场分析

3.1三维有限元静态电磁场分析

3.2三维有限元动态电磁场分析

3.3本章小结

4基于Matlab/Simulink电机控制系统模型仿真分析

4.1单相TSRLG发电系统运行原理

4.2 Simulink仿真平台搭建

4.3仿真结果及分析

4.4本章小结

5样机实验验证

5.1 电机硬件实验平台介绍

5.2实验结果分析

5.3电机结构改进

5.4小结

6 总结与展望

6.1本文主要工作

6.2进一步工作设想

参考文献

作者简历

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