论文题目: 一种新型漂浮式波浪发电系统研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 电气工程
作者: 范航宇
导师: 邱阿瑞
关键词: 波浪发电,永磁直线电机,电机设计,电能后处理
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着人类对能源需求的与日俱增,能源危机即日可待,新能源的研究、开发和利用势在必行。海洋能是一种取之不尽用之不竭的无污染可再生能源,地球上海洋波浪蕴藏的电能可达5000GW。我国是海洋大国,可利用的波浪能极为丰富,本课题为国家自然科学基金资助项目,研究一种新型的漂浮式波浪发电系统,可向海上航标灯、沿海居民、海岛居民或守卫海岛的解放军战士提供电力,待技术成熟后,还可以实现大规模并网发电,因此具有重要的理论和实际意义。随着新型永磁材料的诞生,永磁电机的性能有了很大的提高。本课题将永磁电机应用于波浪发电领域,采用直立的直线往复运动的永磁体振子作为发电机励磁,可以直接与波浪的起伏运动特点相吻合,简化了波浪能的转化过程,永磁直线电机是革新传统波浪发电波能转换装置的良好选择。论文首先介绍了波浪发电的历史和发展现状,以及研发漂浮式波浪发电装置的意义,然后论述了稀土永磁电机设计的一般方法。ANSYS软件是采用有限元法对电机电磁场进行数值计算和分析的有力工具,论文重点阐述了应用ANSYS软件对新型双边扁平式永磁直线波浪发电机进行设计的步骤,给出了求解电机感应电动势和电感等参数的方法,并自行设计了样机。对样机的实验结果表明,其参数和主要性能均与理论计算结果相吻合,论文给出的设计方法是合理、正确的。采用6台样机及1个六面体支架,构成了一个漂浮式波浪发电系统,论文建立了系统的动力学仿真模型,并根据我国沿海地区的海浪特征,对该系统的输出电势进行了仿真,得出了系统的发电特性,通过后期实验验证,仿真结果比较准确。最后,在对系统仿真的基础上,论文给出了该系统的电能后处理方案,通过逻辑控制电路,自动实现系统各发电单元之间的串、并联切换,完成电能的存储。
论文目录:
第1章 引言
1.1 课题背景与意义
1.2 波浪发电概述
1.2.1 各类波浪发电装置的原理性分析
1.2.1.1 冲箱式
1.2.1.2 摇板式
1.2.1.3 空气式
1.2.1.4 聚波储能式
1.2.1.5 其他
1.2.2 波浪发电技术的发展应用情况
1.3 论文的主要工作
第2章 永磁直线发电机的基本原理与数值计算方法
2.1 本章引论
2.2 永磁直线发电机的基本原理和结构
2.2.1 扁平式单边型直线往复运动永磁发电机
2.2.2 扁平式双边型直线往复运动永磁发电机
2.2.3 圆柱式直线往复运动永磁发电机
2.2.4 定子永磁体直线往复运动永磁发电机
2.3 永磁电机的电磁场数值计算方法
2.3.1 边界条件
2.3.2 磁矢位A
2.3.3 磁场的数学模型
2.3.4 剖分插值
2.3.5 条件变分问题的离散化
2.3.6 边界条件的确定及处理
2.3.7 方程组的求解
2.4 本章小结
第3章 新型波浪发电机的设计
3.1 ANSYS 软件简介
3.2 发电机的基本结构
3.3 设计过程
3.3.1 永磁材料的选择
3.3.2 求解磁通密度
3.3.3 求解感应电动势
3.3.4 电机绕组设计
3.3.5 求解电机的电感
3.4 发电机的功角特性分析
3.5 电机制造图纸
3.6 本章小结
第4章 波浪发电系统结构及仿真
4.1 波浪发电系统的构成
4.2 系统动力学仿真模型
4.3 系统仿真波形及结论
4.3.1 理想正弦波浪条件下的感应电动势
4.3.2 感应电动势随振幅的变化
4.3.3 感应电动势随频率的变化
4.3.4 一般条件下的感应电动势
4.4 本章小结
第5章 波浪发电系统的电能后处理
5.1 单元分组及充电策略
5.2 电能后处理电路的实现
5.2.1 整流滤波电路
5.2.2 电压比较电路
5.2.3 逻辑控制电路
5.2.4 其他主要元件及电路
5.3 本章小结
第6章 实验结果及分析
6.1 波浪发电机及系统实物照片
6.2 发电机绕组电阻测量实验
6.3 发电机感应电动势测量实验
6.3.1 实验装置
6.3.2 实测电动势与理论计算的比较
6.3.3 实测电动势与仿真结果的比较
6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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