錐形永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究.pdf

1、永磁同步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、可靠性好、效率高等優(yōu)點(diǎn),因而在中小型風(fēng)力發(fā)電場合占據(jù)了主要地位。然而永磁同步發(fā)電機(jī)本身固有的齒槽轉(zhuǎn)矩與風(fēng)力發(fā)電機(jī)所希望的低速起動特性相矛盾,并且永磁同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)困難等影響其實(shí)際應(yīng)用的諸多關(guān)鍵技術(shù)問題,都需要進(jìn)一步研究解決。本文提出一種錐形永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),通過錐形永磁轉(zhuǎn)子在軸向移動,直接改變氣隙長度以調(diào)節(jié)氣隙磁場,從而可以有效地減小齒槽轉(zhuǎn)矩以及實(shí)現(xiàn)輸出外特性的調(diào)節(jié)。論文對這種發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、

2、數(shù)學(xué)模型、磁場分布及其分析方法、性能參數(shù)及其影響因素等進(jìn)行深入研究,為錐形永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
　　錐形永磁同步發(fā)電機(jī)與普通永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)上的不同之處在于其轉(zhuǎn)子呈錐形,并且錐形永磁轉(zhuǎn)子可以在軸向移動。本文首先闡述了錐形永磁同步發(fā)電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理,詳細(xì)介紹了錐形永磁轉(zhuǎn)子在軸上的運(yùn)動過程,分析了機(jī)械調(diào)節(jié)器的作用,并對轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)和永磁體布置方式的選擇依據(jù)進(jìn)行了研究。建立了錐形永磁同步發(fā)電機(jī)的等效磁網(wǎng)絡(luò)模

3、型和數(shù)學(xué)模型,探討了等效磁網(wǎng)絡(luò)模型中各部分磁導(dǎo)的計(jì)算以及數(shù)學(xué)模型中如永磁體耦合磁鏈和電感的特點(diǎn)。
　　其次,本文對比研究了分段二維有限元方法和三維有限元方法對錐形永磁同步發(fā)電機(jī)磁場分析的適用性,研究計(jì)算了梯形截面和平行四邊形截面兩種永磁體形狀下電機(jī)的磁場分布。在得到磁場分布的基礎(chǔ)上,研究發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)如錐角、轉(zhuǎn)子的軸向位移等對空載漏磁系數(shù)的影響。之后通過實(shí)驗(yàn),研究了轉(zhuǎn)子軸向位移不同時(shí)發(fā)電機(jī)的外特性,并與電機(jī)常數(shù)接近的圓柱形轉(zhuǎn)子永磁

4、發(fā)電機(jī)進(jìn)行了對比分析。通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了分析計(jì)算結(jié)論的正確性。
　　鑒于交直軸電感參數(shù)直接影響錐形永磁同步發(fā)電機(jī)的工作特性,本文緊接著對錐形永磁同步發(fā)電機(jī)的交直軸電感參數(shù)從計(jì)算和實(shí)測兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。首先定性分析了錐形永磁同步發(fā)電機(jī)的交直軸電感參數(shù)及其影響因素,之后基于磁鏈法計(jì)算分析了氣隙長度、錐角、轉(zhuǎn)子的軸向位移以及永磁體形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)對交直軸電感的影響。不考慮交直軸磁路之間的耦合效應(yīng)時(shí),采用電壓積分法,在正弦電壓激勵(lì)下測試了轉(zhuǎn)

5、子軸向位移不同時(shí)樣機(jī)的交直軸電感參數(shù);考慮到交直軸磁路之間的耦合效應(yīng)時(shí),以含有直流偏移的方波電壓激勵(lì),在轉(zhuǎn)子軸向位移不同時(shí),測試了存在交(直)軸電流時(shí)樣機(jī)的直(交)軸電感。實(shí)測值表明,正弦波激勵(lì)下的計(jì)算值與測試值吻合較好,由于轉(zhuǎn)子振動的影響,方波激勵(lì)下計(jì)算值與測試結(jié)果誤差稍大。
　　針對錐形永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以在軸向移動,從而改變氣隙磁場的特點(diǎn),本文最后研究了電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩,以及作用于轉(zhuǎn)子的軸向磁拉力。結(jié)合具體樣機(jī)定量