混合励磁风力发电机研究与设计

论文摘要

随着传统石化能源的消耗殆尽和人们环保意识的增强,风能作为一种储量巨大的清洁可再生能源已倍受世界各国关注。目前,在风力发电系统中,电励磁同步电机具有良好的磁场调节能力,但由于电刷集电环的存在,限制了它在恶劣环境下的应用。而永磁同步发电机省去了励磁绕组及容易出现问题的电刷和集电环,具有结构简单,电机效率高,运行可靠等一系列优点。但气隙磁场是由永磁体和磁路磁导决定的,其磁场很难调节。为弥补这些缺陷,本文将混合励磁发电机引入风力发电系统中,并结合变速恒压的特点,主要针对以下内容进行研究:首先,结合直驱和半直驱的低速风力发电机的特点,对混合励磁电机的几种典型结构进行筛选,并引入模块化结构思想对所选结构进行改进。其次,利用三维有限元方法对文中所采用结构混合励磁发电机磁场分布进行分析,根据分析结果对原有磁路等效模型进行改进。由于原有等效磁路未考虑永磁体对电励磁磁通的分流作用,所得到的最大可调范围存在较大偏差,因此本文通过对原有磁路模型进行修改,为该结构混合励磁发电机的准确设计提供保证。再次,对模块化结构及特点进行分析,着重从模块化发电机安装气隙、槽口尺寸等方面进行研究。为了便于电机的拼装,模块化结构电机一般留有较大的安装气隙,因此需要研究其对电磁性能的影响。此外,模块化结构可实现闭口槽,以降低起动阻力矩,但闭口槽会使槽漏抗增加。因此模块化结构电机槽口尺寸的确定也是本文所研究的内容。最后,通过对所开发的混合励磁发电机进行试验,验证了电磁场分析结果及等效磁路的正确性,并对样机提出改进意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 混合励磁同步电机研究现状
• 1.2.1 电励磁绕组位于转子上的混合励磁同步电机
• 1.2.2 电励磁绕组位于定子上的混合励磁同步电机
• 1.2.3 电励磁绕组设置在旁路上的混合励磁同步电机
• 1.3 课题的研究内容
• 第二章 混合励磁永磁风力发电机电磁场分析及磁路等效
• 2.1 混合励磁风力发电机结构筛选与改进
• 2.2 混合励磁永磁风力发电机的结构
• 2.3 混合励磁永磁风力发电机的工作原理
• 2.4 混合励磁永磁风力发电机的三维电磁场分析
• 2.5 混合励磁发电机的等效磁网络
• 2.6 小结
• 第三章 具有单齿绕绕组的模块化发电机
• 3.1 模块化结构
• 3.2 单齿绕绕组
• 3.3 具有单齿绕绕组的模块化发电机的特点
• 3.3.1 模块化结构电机的自感与互感
• 3.3.2 安装气隙
• 3.3.3 不对称径向磁拉力
• 3.3.4 槽口尺寸
• 3.4 模块化结构的优缺点
• 3.5 小结
• 第四章 样机试验与分析
• 4.1 样机参数
• 4.2 样机模块化结构
• 4.3 样机试验
• 4.3.1 起动阻力矩
• 4.3.2 电压波形以及畸变率
• 4.3.3 外特性
• 4.3.4 调节特性
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢