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模块式变速恒压混合励磁风力发电机设计研究
作 者: 安忠良
导 师: 唐任远
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电机与电器
关键词: 模块化 单齿绕 混合励磁 风力发电机 变速恒压 分布式电网
分类号: TM341
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
作为国家高技术研究与发展计划(863计划)“探索研究类”课题“新型变速恒压永磁风力发电机设计与制造”的一部分,本文针对目前风力发电系统存在的问题,提出了一种新型的模块式变速恒压混合励磁风力发电机,用于“分布式直流电网”,并对该类发电机研发中所面临的一系列关键技术问题进行了研究,形成了一整套模块式变速恒压混合励磁风力发电机的设计方法,为大规模利用风力发电提供了一种新的发电机技术。概括起来,本文的内容分成以下几部分:第一部分:主要研究模块式混合励磁发电机。首先,对混合励磁发电机的结构及原理进行了分析;其次,针对直驱式及半直驱式风力发电机重量、体积等带来的运输及吊装难的问题,提出了一种新的模块式单齿绕绕组结构,并分析了模块化安装缝隙对电机性能的影响;最后对模块式结构极槽配合进行了分析,总结出该种结构极槽配合选取原则。第二部分:首先,利用3D有限元方法对混合励磁发电机不同电励磁状态进行了分析,简化了磁路,推导了部分参数;其次,针对模块式单齿绕绕组结构的特殊性,对其电抗参数进行研究,推导出其电枢反应电抗解析计算公式,并通过大量有限元电磁场计算确定系数kpd、kpq曲线,同时,分析单齿绕绕组永磁电机分数次谐波对谐波漏抗的影响,总结出常用单齿绕绕组电机谐波比漏磁导系数∑s;最后,通过10kW模拟样机的实验结果及电磁场计算结果进行了验证和完善,编制了模块式混合励磁风力发电机CAD设计计算软件包,为今后该类电机的设计提供了设计计算软件平台。第三部分:增加发电量技术研究。首先,研究了模块式混合励磁发电机齿槽转矩产生的原因及机理,总结出减小起动阻力矩的方法;其次,对模块式单齿绕混合励磁发电机绕组端部公式进行推导,通过减小绕组端部长度以减小电机的铜耗,提高效率;最后,分析了永磁体涡流损耗产生的原因,推导了带极靴表面式结构电机的气隙比磁导表达式。在谐波理论基础上结合有限元计算结果分析了空间谐波的含量。总结了计算永磁体涡流损耗的方法,并提出了减小涡流损耗的方法。第四部分:在上述研究成果的基础上,研发了一台100kW、100r/min的模块式变速恒压混合励磁风力发电机及其稳压控制系统,进一步总结了该类发电机设计的一般准则,完善了该类电机的试验方法,搭建了试验平台,为今后系统开发该种结构大功率电机提供了完整的设计依据。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-11 第一章 绪论 11-28 1.1 课题的目的和意义 11-12 1.2 混合励磁电机发展现状 12-21 1.2.1 串励式混合励磁电机 12-13 1.2.2 并励式混合励磁电机 13-20 1.2.3 串并混励混合励磁电机 20-21 1.3 电机电抗参数计算的研究现状 21-24 1.4 永磁体涡流损耗研究现状 24-26 1.5 本文研究内容 26-28 第二章 混合励磁风力发电机模块式结构研究 28-44 2.1 引言 28 2.2 混合励磁发电机的结构及原理 28-30 2.3 模块式结构极槽配合选取原则 30-35 2.4 新型模块式结构及工艺研究 35-43 2.4.1 新型模块式结构 35-37 2.4.2 安装缝隙影响研究 37-39 2.4.3 转子磁极强度计算及结构工艺研究 39-43 2.5 本章小结 43-44 第三章 单齿绕模块式混合励磁发电机参数计算及软件编制 44-67 3.1 引言 44 3.2 单齿绕模块式混合励磁发电机三维场分析 44-48 3.3 单齿绕模块式混合励磁发电机等效磁路 48-54 3.3.1 磁阻计算 49-51 3.3.2 铁磁极的磁路分析 51-52 3.3.3 永磁体的磁路分析 52 3.3.4 气隙磁通与磁密 52-54 3.4 电抗参数推导 54-61 3.4.1 单齿绕永磁电机电枢反应电抗参数的解析算法 54-57 3.4.2 单齿绕永磁电机谐波漏抗参数计算 57-61 3.5 软件编制 61-66 3.6 本章小结 66-67 第四章 增加发电量技术研究 67-91 4.1 引言 67 4.2 减小起动阻力矩技术研究 67-74 4.2.1 极槽配合对齿槽转矩影响分析 69-70 4.2.2 极弧系数对齿槽转矩影响分析 70-73 4.2.3 槽口宽度对起动阻力矩的影响 73-74 4.3 提高发电机效率研究 74-90 4.3.1 减小铜耗研究 74-75 4.3.2 永磁体涡流损耗计算和抑制技术 75-90 4.4 本章小结 90-91 第五章 100kW模块式混合励磁发电机及其稳压控制系统研发与试验 91-110 5.1 引言 91 5.2 100kW混合励磁发电机设计 91-103 5.2.1 技术指标要求 91 5.2.2 电励磁绕组电流过零点选取 91-96 5.2.3 气隙长度的确定 96-98 5.2.4 永磁体尺寸的确定 98-100 5.2.5 性能计算及样机制造 100-103 5.3 电励磁稳压控制系统设计 103-105 5.4 实验平台搭建和试验结果分析 105-109 5.4.1 实验平台搭建 105-107 5.4.2 实验测试机实验结果分析 107-109 5.5 本章小结 109-110 第六章 结论 110-112 参考文献 112-116 在学研究成果 116-118 致谢 118
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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