100kW混合励磁永磁同步风力发电机的设计与研究

摘要

混合励磁电机与永磁同步电机以及电励磁同步电机结构不同。该结构类型的电机上既有永磁体又有电励磁绕组,两个磁动势源同时存在。它不仅具有电励磁电机调磁容量小和永磁电机效率高的优点,而且又克服了永磁电机气隙磁密调节难的缺陷,具有较大的推广应用价值。
　　 本课题的研究内容主要有三个部分:变速恒压技术、减小起动阻力矩技术和提高电机效率。相对应的技术难点分别是磁路结构比较复杂、永磁体所带来的齿槽转矩问题以及铜耗对效率的影响,本课题对此提出了解决方案。
　　 针对该磁路结构的电机提出永磁体磁路与电励磁磁路设计的理论依据,并据此完成详细的方案设计。对于该样机的设计,首先从绕组因数、齿槽转矩、定子磁动势谐波、不对称径向磁拉力、容错能力和涡流损耗等方面介绍了极槽配合的选取。而后主要针对40极42槽、40极45槽和40极48槽三种方案进行比较。通过对三种方案在固有电压调整率、效率、稳压特性、有效材料使用量等各种性能的比较,最终选择了40极45槽。在电机的主要尺寸方面,主要介绍了永磁体、定子背轭、气隙、计算极弧系数的确定以及电励磁的设计等。对于本文所采用的准闭口槽结构及模块化结构也做了一定的阐述。在给出电机各部分详细尺寸的基础上,运用Ansoft有限元软件建模,进行了静磁场、瞬态场和外电路的场算分析,以验证设计的合理性。
　　 随后依据所设计的100kW混合励磁永磁同步风力发电机,制造了样机,并对其进行了系统的试验分析。通过对样机的试验数据分析,与磁路计算及有限元仿真结果基本一致,从实践上验证了等效磁路的正确性及有限元分析的准确性,以及准闭口槽结构的可行性。而且在起动阻力矩和电机效率方面也达到预定的目标。在所预计的转速范围内,完全可以实现稳压,甚至可以扩大调速范围。总之,样机很好达到了预定的性能要求。