双整流器并联输出双绕组永磁同步风力发电机的研究

论文摘要

永磁同步发电机在小型风力发电中已经有很广泛的应用,对于永磁同步发电机各个方面的研究,均是希望在各项条件相同的情况下,尽可能的提高输出功率。因此本文提出双整流器并联输出结构的永磁同步发电机,通过双绕组的配置,使系统具有功率密度高、效率高、制造成本低等优点。课题主要就电机运行机理、设计方法、参数优化、系统仿真及实验研究进行展开。首先,在分析双绕组永磁同步发电机结构原理的基础上,推导绕组的自感和互感表达式、电流方程和电压方程、气隙谐波磁势与绕组谐波电流的关系,建立了双绕组永磁同步发电机的数学模型。通过叠加定理,研究三相与六相双绕组气隙合成磁势对电机涡流损耗的影响,探讨六相双绕组发电机方案优越性。其次,对该结构发电机的设计方法进行深入研究,根据该种发电机性能指标、输入参数及设计过程要求,研究整流负载发电机与交流负载发电机在参数设计上的差异。提出该种电机基本参数的具体设计方法,并对电机的结构尺寸、极槽配合、绕组参数及永磁体参数等进行设计优化。然后,通过有限元仿真计算,研究双绕组发电机的磁场分布、电磁特性及电机性能。将仿真计算与解析计算结果进行比较分析,研究系统在双整流器条件下,发电机的转子结构和绕组相位对系统性能的影响。最后,制作一台样机,并对其进行实验测试研究,分析发电机的实际运行特性,通过与仿真结果比较相电流各谐波幅值与基波的比值来检验其是否达到性能指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外的研究现状及分析
• 1.2.1 常见小型风力发电机
• 1.2.2 永磁同步发电机的优化
• 1.3 论文的主要研究工作
• 第2章 系统的结构原理及数学模型
• 2.1 概述
• 2.2 系统结构及原理
• 2.2.1 双绕组永磁同步发电机系统结构
• 2.2.2 双绕组永磁同步发电机数学模型
• 2.3 六相双绕组与三相绕组的比较
• 2.3.1 六相与三相绕组合成磁势的比较
• 2.3.2 带整流负载分析
• 2.4 本章小节
• 第3章 双绕组永磁同步发电机的设计方法
• 3.1 概述
• 3.2 双绕组永磁同步发电机的设计
• 3.2.1 设计特点
• 3.2.2 设计流程
• 3.3 双绕组永磁同步发电机的电磁设计方法
• 3.3.1 主要技术指标
• 3.3.2 主要尺寸的确定
• 3.3.3 极槽配合的确定
• 3.3.4 定子绕组的设计
• 3.3.5 转子结构的确定
• 3.4 系统的设计结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 双绕组永磁同步发电机系统的特性研究
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 模型材料的选取
• 4.2.3 求解区域剖分
• 4.3 有限元分析计算
• 4.3.1 系统的空载运行
• 4.3.2 系统的负载运行
• 4.4 系统的特性研究
• 4.4.1 永磁体结构对系统特性的影响
• 4.4.2 绕组结构相位对输出特性的影响
• 4.5 本章小节
• 第5章 系统的实验分析
• 5.1 概述
• 5.2 实验内容、设备和方法
• 5.3 样机实验
• 5.3.1 空载实验
• 5.3.2 负载试验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢