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外转子混合励磁风力同步发电机研究

作　者: 冯骥
导　师: 李新华
学　校: 湖北工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 混合励磁风力同步发电机电磁设计仿真分析试验研究
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

风力发电已经成为世界上增长最快的新型能源。在过去的近半个世纪里,在各国政府的大力支持下,经过研究者的不懈努力,风电技术发展迅速,在技术水平、性价比以及装机容量等方面都取得了长足的进步,越来越多的大中型风电场相继建成并投入运行,为电网提供清洁能源。在风力发电领域,高效率的稀土永磁发电机已经引起人们关注。但是,永磁发电机也存在气隙磁场难以调节的问题,限制了它在大中型风力发电机中的应用。尽管国内外研究者提出了一些永磁发电机的调压和稳压方法,但大都技术复杂、成本高、实现难度大。近年来,混合励磁发电机令人瞩目,它可以实现宽范围的磁通调节,实时控制发电机的输出电压,扩展风力发电机发电的风速范围,提高风力发电效率。本文研究一种新型混合励磁外转风力同步发电机。这种发电机在内定子中增设了励磁绕组,通入直流电流就可以调节其气隙磁通,实现增磁或去磁；它不需要电刷或滑环,免维护,可靠性高。本文首先研究了不同型式的混合励磁电机,提出了外转子混合励磁风力同步发电机的拓扑结构,对这种新型发电机的运行原理和特性进行了理论研究；其次进行了三维磁场的建模与分析,并讨论了电磁设计方法；再次,建立了混合励磁风力同步发电机MATLAB仿真模型和系统仿真模型,进行了仿真分析；最后设计并试制了一台额定功率为200W、额定电压为110V、额定转速为600 r/min的风力同步发电机试验样机,构建了试验平台,对其进行一系列试验研究。试验结果表明,混合励磁风力同步发电机输出电压波形好,电压调节能力强,完全能够满足高性能风力发电机的要求。在上述工作的基础上,论文还给出了一台额定电压为110V、额定功率为4kW混合励磁外转风力同步发电机设计方案。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-22
  1.1 风力发电的发展现状综述  9-15
    1.1.1 欧美地区风力发电的发展现状  10-13
    1.1.2 我国风力发电的发展现状  13-14
    1.1.3 风电技术的发展现状与趋势  14-15
  1.2 混合励磁发电机的研究现状  15-19
  1.3 CPPM无刷电机的研究现状  19-20
  1.4 课题来源与研究内容  20-22
第2章混合励磁同步发电机原理与特性  22-45
  2.1 概述  22-23
  2.2 基本结构与运行原理  23-26
  2.3 空载运行  26-34
    2.3.1 空载磁路  27-32
    2.3.2 运行时的基本关系  32-33
    2.3.3 空载特性  33-34
  2.4 负载运行  34-42
    2.4.1 负载运行时的电枢反应  34-39
    2.4.2 负载运行时的基本关系  39-42
    2.4.3 稳压原理  42
  2.5 外特性  42-44
    2.5.1 外特性的计算模型  42-43
    2.5.2 外特性分析  43-44
  2.6 本章小结  44-45
第3章混合励磁同步发电机三维磁场的有限元分析  45-64
  3.1 概述  45-46
  3.2 初步电磁设计  46-51
    3.2.1 气隙磁通控制要求  46-47
    3.2.2 励磁安匝数  47
    3.2.3 磁路计算  47-49
    3.2.4 电枢绕组槽型  49-50
    3.2.5 直流励磁槽尺寸  50-51
  3.3 三维磁场的分析模型与前处理  51-53
  3.4 三维磁场分析  53-58
  3.5 基于有限元分析的发电机优化  58-63
    3.5.1 铁极  58-59
    3.5.2 永磁极  59-61
    3.5.3 励磁槽  61-63
  3.6 本章小结  63-64
第4章混合励磁同步发电机的MATLAB建模与仿真  64-77
  4.1 概述  64
  4.2 系统仿真模型的构建  64-68
    4.2.1 风机模型  64-65
    4.2.2 混合励磁同步发电机模型  65-68
  4.3 仿真结果及分析  68-76
  4.4 本章小结  76-77
第5章混合励磁同步发电机试验研究  77-90
  5.1 样机试制  77-79
  5.2 样机试验  79-88
    5.2.1 电压波形  79-83
    5.2.2 空载特性  83-85
    5.2.3 外特性  85-86
    5.2.4 调节特性  86-88
    5.2.5 短路特性  88
  5.3 本章小结  88-90
第6章全文总结  90-91
参考文献  91-95
致谢  95-96
攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目  96

外转子混合励磁风力同步发电机研究

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