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兆瓦及永磁同步风力发电机多物理场的研究

作　者: 张美巍
导　师: 李伟力
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁风力发电机 永磁体涡流损耗 三维瞬态温度场 电磁场 改进的转子结构
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着风电产业的不断发展，风力发电机单机容量越来越大，永磁风力发电机组逐渐成为风电市场的主要发展趋势，尤其对于海上风电来说，对风力发电机的可靠性及安全性要求更高，永磁风力发电机显现出优势。但由于永磁风力发电机体积较大，质量较重，机组安装较困难，所以希望永磁风力发电机具有较低的故障率，降低维护成本，这种情况下对永磁风力发电机的整体设计及电机内温度场的计算具有重要意义。而电机内各部分损耗的准确计算是确定电机温度分布的前提条件，对于大容量永磁风力发电机来说，转子永磁体的涡流损耗不可忽略，电机内各部分损耗的计算方法对求解电机内温度场分布具有重要影响。本文首先对1.5MW永磁风力发电机额定负载运行时的转子永磁体涡流损耗进行了计算与分析，考虑永磁体镀层对涡流损耗的影响，分别计算了永磁体表面镀锌和镀镍磷合金时永磁体内涡流损耗的大小。为了对比分析永磁体表面镀层对涡流损耗影响的程度，计算了永磁体表面无镀层时涡流损耗值，并对计算结果进行对比分析得出结论。应用有限元的方法，对1.5MW永磁风力发电机三维瞬态温度场进行了计算，分析了永磁风力发电机额定风速运行时电机内温度分布情况，并且提取了电机内不同部位的温度值，绘制温度随时间变化的曲线图，为大容量永磁风力发电机通风冷却的设计提供一些有益帮助。最后，通过对1.5MW永磁风力发电机永磁体表面贴磁式转子结构的改进，设计了一种永磁风力发电机转子结构。并对改进转子结构的永磁风力发电机内电磁场进行计算与分析，通过计算发电机二维瞬态电磁场，提取改进转子结构的永磁风力发电机额定负载运行时一块永磁体内的涡流损耗值，在此基础上，计算了改进转子结构的永磁风力发电机额定风速运行时的二维稳态温度场分布，分析了电机内温度变化趋势，为大容量永磁风力发电机的设计提供一些依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 世界风电发展现状  10-13
    1.1.1 全球风能装机容量  10-12
    1.1.2 海上风电发展现状  12-13
  1.2 中国风电发展现状  13-14
  1.3 风力发电机及相关技术国内外研究现状  14-15
  1.4 本文研究内容及课题来源  15-17
第2章 永磁体镀层对永磁风力发电机转子永磁体涡流损耗的影响  17-27
  2.1 烧结钕铁硼永磁体镀层简介  17-18
  2.2 永磁体表面镀锌时涡流损耗的计算与分析  18-21
  2.3 永磁体表面镀镍磷合金时涡流损耗的计算与分析  21-23
  2.4 永磁体有无镀层对涡流损耗的影响及对比分析  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 1.5MW 永磁风力发电机三维瞬态温度场的计算与分析  27-43
  3.1 永磁半直驱风力发电系统结构  27-29
    3.1.1 永磁半直驱风力发电系统控制策略  27-28
    3.1.2 风力发电机转速、输出功率及风速变化曲线  28-29
  3.2 发电机三维瞬态温度场计算的假设条件及有限元模型  29-32
    3.2.1 电机温度场计算的基本假设条件  30
    3.2.2 电机三维温度场计算的数学模型  30
    3.2.3 电机三维温度场计算的有限元模型  30-32
  3.3 永磁风力发电机三维瞬态温度场的计算  32-42
    3.3.1 气隙的准静止处理及散热系数的确定  32-33
    3.3.2 电机内热源的分布  33-35
    3.3.3 额定风速运行时电机内温度场分布  35-38
    3.3.4 电机内温度随时间变化结果  38-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 改进转子结构永磁风力发电机设计与分析  43-51
  4.1 改进转子结构永磁风力发电机设计方案  43-44
  4.2 发电机额定负载运行时电机内各部分损耗的计算  44-46
    4.2.1 应用二维稳态电磁场计算定子铁心损耗  44-45
    4.2.2 应用二维瞬态电磁场计算转子永磁体涡流损耗  45-46
  4.3 发电机额定风速运行时二维稳态温度场的计算与分析  46-50
    4.3.1 二维稳态温度场计算的基本假设及数学模型  46-47
    4.3.2 发电机额定风速运行时二维稳态温度场计算结果  47-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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