直驱永磁同步风力发电机电磁分析与永磁体涡流损耗研究

摘要

近年来,海上风力发电机单台机组向大容量发展,将永磁同步风力发电机应用于直驱式风力发电系统可省去变速齿轮箱,减轻风力发电机重量。直驱式永磁同步风力发电机体积和重量大,极对数多,需要对其磁路进行合理设计,并对永磁体的涡流损耗给予高度重视。
　　为了降低永磁电机齿槽转矩,得到正弦度比较好的反电动势,直驱式永磁同步风力发电机采用分数槽集中绕组。定子齿形和槽形的选择同时兼顾绕组下线、定子散热两方面因素。转子采用表贴式径向充磁结构。根据电机设计理论确定电机磁路定、转子主要尺寸。计算电机空载漏磁系数、电机气隙磁场、绕组反电动势、电枢绕组电感和齿槽转矩等电机参数。
　　本文主要研究了永磁体损耗产生的原因,分析了永磁体内涡流损耗与电机参数之间关系。发电机空载时,永磁磁动势所建立磁场气隙磁密含高次谐波,气隙磁密高次谐波相对于永磁体运动,引起永磁体内磁通变化,在永磁体内感应出涡流电动势,产生涡流损耗。发电机负载时,电枢反应磁动势作用于磁路会产生含有转速大小以及旋转方向都不相同的低次和高次谐波的气隙磁场,当这些谐波磁场相对于转子运动时也会引起永磁体内磁通变化,感应出涡流电动势,产生涡流损耗。
　　给出了永磁体涡流损耗解析算法,该解析算法计算涡流损耗时,首先,分析气隙磁场在定子空间变化的时空方程;紧接着,分析气隙磁场在转子空间的时空方程;然后,计算变化的谐波磁场在永磁体内感应出来的涡流电动势;最后,根据欧姆定律得出永磁体内涡流密度,进而求出永磁体内涡流损耗。
　　使用有限元软件对永磁体涡流损耗进行了仿真分析,仿真结果表明所给出的永磁体涡流损耗解析算法可行。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外风力发电机研究现状

1.3直驱式永磁风力发电机

1.4永磁体涡流损耗研究现状

1.5本课题主要研究内容

第二章 永磁同步风力发电机电磁结构设计

2.1引言

2.2永磁同步风力发电机极槽配合

2.3结构设计

2.4本章小结

第三章 永磁同步风力发电机电磁计算和仿真结果

3.1引言

3.2空载气隙磁场计算

3.3漏磁系数

3.4绕组反电动势

3.5绕组电感计算

3.6齿槽转矩

3.7本章小结

第四章 永磁体涡流损耗分析

4.1引言

4.2永磁体涡流损耗计算

4.3开槽引起永磁体涡流损耗解析分析

4.4负载引起的涡流损耗分析

4.5永磁体涡流损耗与电机参数关系研究

4.6涡流损耗有限元仿真模型建立

4.7本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢