基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

1.5MW永磁风力发电机电磁场与温度场计算与分析

针对大型永磁风力发电机设计及运行安全性问题,以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象,设计三种极槽比不同的发电机方案,建立风力发电机电磁场二维有限元计算模型,并确定出每种方案的绕组设计参数.研究永磁半直驱式同步风力发电机负载工况下的电磁场分布;计算气隙内谐波含量的大小;同时,根据传热学理论,建立温度场二维有限元计算模型,给出了转子旋转时气隙内空气的有效导热系数及三种结构方案发电机温度分布计算结果.最后,对相同类型结构的小型永磁同步风力发电机的实测数据与理论计算结果进行比较以验证计算方法的正确性.通过以上的研究工作可以使相应的研究更加深入,通过提高电机内温度场的计算精确度可以有效地降低大型风力发电机故障率,为大容量永磁半直驱风力发电机的设计提供一些有意义的参考.     

高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算

以1.5 MW高速永磁同步风力发电机为研究对象,设计了两台不同转子结构的发电机方案,介绍了高速永磁同步风力发电机电磁参数的设计原则。建立两台发电机电磁场二维有限元计算模型,给出它们空载和负载工况时的电磁场分布,并分别计算了定子直槽与斜槽时一个齿距内的齿槽转矩,计算了发电机空载电压波形正弦性畸变率,给出两台发电机负载与稳态短路参数的对比。同时,对内置式转子结构发电机转子冲片开轴向通风孔对电磁场分布及输出电压的影响进行了计算分析,为大功率高速永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。     

新型无铁心永磁直驱风力发电机

针对传统永磁直驱风力发电机结构重量大、齿槽转矩严重、定转子之间存在电磁吸力并存在铁心损耗等问题,采用Maxwell2D软件,优化了传统永磁直驱风力发电机的极数、磁钢宽度和厚度.在转子直径不变的情况下,对定、转子材料不同的三种永磁直驱风力发电机进行了建模和仿真,比较分析了这三种发电机的优缺点,提出了新型无铁心永磁直驱风力发电机.仿真和计算结果表明:加入Halbach列后的新型无铁心永磁直驱风力发电机是一种重量较轻、气隙磁密相对较高的电机.     

地铁车辆用160 kW永磁直驱同步牵引电机转子结构优化设计

基于地铁车辆用160 kW永磁直驱同步牵引电机的技术要求,分析了160 kW直驱电机的设计难点。针对永磁直驱电机的设计难点,以电机的V型永磁体转子拓扑结构为研究对象,基于电磁计算软件Maxwell,优化转子拓扑结构。通过对不同永磁体V型转子拓扑结构的空载磁场和负载磁场进行计算与分析,得到电机空载和负载性能更好的V型转子拓扑结构。基于此结构研制了1台永磁同步直驱牵引电机,并进行了试验,样机试验结果验证了设计的可行性。     

基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换，计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势；采用离散线电流元，定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象；基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法，建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路，给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象，计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布，分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响，并与有限元计算结果对比，验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。     

直驱永磁风力发电机无传感器控制技术的研究

主要对永磁同步发电机无传感器控制技术展开理论研究,围绕直驱永磁风力发电机数学模型展开分析。研究了永磁同步发电机结构凸极性,为无传感器控制在初始位置检测方面奠定理论基础。经过针对现有转子初始位置检测方法存在的问题,并结合直驱永磁风力发电机负载特性,提出了一种低成本、易实施的三相两相混合导通法来进行转子初始位置检测。阐述了该方法的实现原理和工作特性,并利用25 k W直驱永磁风力发电机对拖实验平台验证该方案,能快速有效地检测出转子初始位置,且估计误差在±15°电角度以内,并具有成本低、易实施特点,可以满足直驱永磁风力发电机起动要求。     

专利快讯

正专利名称:一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机专利申请号:CN201520978798.7公开号:CN205377308U申请日:2015.12.01公开日:2016.07.06申请人:广西电网有限责任公司电力科学研究院本实用新型提供一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机,其特征在于,永磁直驱同步风力发电机包括风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统,所述风力机与所述永磁直驱同步发电机的转子相连,所述永磁直驱同步发电机的     

离网型永磁同步发电机电磁场和温度场数值计算与分析

以一台400W离网式永磁同步风力发电机为例,建立了发电机电磁场二维计算模型,采用场路耦合的方法,计算了样机在不同转速、不同负载情况下的电磁参数。在原样机结构基础上,提出了2种不同的转子结构方案。对空载漏磁系数、反电动势波形以及气隙磁密的谐波含量进行比较,分析了不同转子结构对电机电磁性能的影响。基于传热学理论,以电磁分析得到的损耗为分布式热源,建立了电机二维全域温度场计算模型。通过对不同风速、不同负载下温度场的计算与分析,得到了风速与负载对电机温度分布的关系。通过对电磁与热性能试验研究,所得到的试验值与计算值比较接近,得出了一些有益的结论,为离网式永磁同步发电机的设计及优化提供参考。     

10MW多相分瓣永磁直驱风力发电机设计研究

海上风力发电是未来风力发电的主要方向,直驱永磁同步发电机相对于中速、高速风力发电机结构简单,便于维护,缺点是随着电机容量增大,体积增大给设备安装和运输带来不便,大容量直驱永磁同步发电机轻量化、模块化设计将是本文主要研究方向.与传统发电机相比,多相永磁发电机可靠性强,容错性高,转矩波动小,功率密度高,因此本文基于模块化设计理念以及多相发电机的电磁设计理论,提出了一种分瓣、六相永磁直驱风力发电机设计方案.基于有限元分析,对不同槽极配合的发电机的齿槽转矩和反电势进行对比分析,确定合适的电机极槽比设计方案,同时基于场路耦合分析,对永磁同步电机的负载及永磁体在极端工作情况下的退磁进行研究,基于以上分析计算,得出一种六相10MW外转子永磁直驱发电机设计方法,并证明了该方案的可行性和有效性.     

同步发电机空载电压计算方法比较

论述了两种计算谐波励磁同步发电机和普通同步发电机空载电压的静态磁场一次算法和齿磁通法，分析了这两种计算电机空载电压方法的优缺点。并对谐波励磁同步发电机上的实验结果与计算结果进行了比较，得出了一些有用的结论。     

9MW海上用半直驱永磁风力发电机电磁特性分析

随着海上用风力发电装机容量的不断增加,大功率永磁风力发电机正成为各国的研发热点。本文针对海上用大功率半直驱永磁风力发电机,进行了电磁设计,并对设计参数进行了详细的分析,包括空载特性、齿槽转矩、负载特性、损耗特性等。同时,针对大功率风力发电机相间突发短故障状态进行了研究,对突发一相短路、两相短路、三相短路下的电压、电流以及永磁体磁场强度等特性进行了分析,保证在突发相间短路下,永磁风力发电机的可靠性。基于以上分析,加工了两台9MW的永磁风力发电机,通过样机的对拖实验对理论分析进行了验证,同时证明了该样机具有良好的电磁特性,为海上用大功率永磁风力发电机的设计与发展提供了有价值的参考。     

不同工况下永磁同步风力发电机饱和同步电抗的计算与分析

以一台400W永磁同步风力系统所用发电机为例,给出了不同工况下电机内电磁场的求解方法,计算了永磁体嵌入转子表面结构的永磁同步发电机的饱和同步电抗值,在此基础上进一步分析了不同运行工况下永磁同步风力发电机同步电抗参数的变化规律,并进行了相应的实验验证,可为控制系统的设计及风力发电机运行性能的进一步研究提供参考。     

1．5MW半直驱永磁风力发电机定子铁心装配

风力发电机定子铁心与水轮发电机和汽轮发电机相比有很大不同,1．5MW半直驱永磁风力发电机是我公司首次自行设计和制造的风力发电机,针对风电机组特点而采用两种不同的铁心结构,并着重介绍在铁心装配中两种结构的制造难点和采取的相应工艺措施,解决风电定子铁心装配难题。     

不同转子结构离网型永磁同步发电机的电磁性能分析

以一台400w离网型永磁同步风力系统所用永磁同步发电机为研究对象,分别就两种转子结构建立了二维电磁场模型,对发电机在额定转速时的空载电压以及负载电磁参数进行了有限元计算。并将样机结构的计算结果与实测结果进行了比较,误差较小。同时对两种结构发电机的齿槽转矩进行了计算分析。对离网型永磁同步风力发电机的深入研究具有重要的参考价值。     

磁极极尖部饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响

对谐波励磁同步发电机空载磁场进行大量有限元计算,应用齿磁通法对电磁场的计算结果进行后处理,得出了谐波绕组空载特性曲线.比较计算结果与实验结果,说明了该方法的正确性.基于该方法,分析了转子磁极极尖部的饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响,并得出了一些有用的结论.     

双馈、直驱风力发电机特点分析

随着部分风电基地脱网事故频发及国家新能源产业政策调整,风电行业由早前的“井喷”式发展进入过冬期,绝大部分风电主机企业借此机会进行自查整改,同时业内对于双馈与直驱技术孰优孰劣的讨论更加激烈,希望通过对有刷双馈风电、无刷双馈风电、直驱风电、半直驱风电的特点分析,为今后风电制造发展提供一定的参考.     

软磁复合材料在轴向磁场永磁风力发电机中的应用

讨论了SMC在直驱风能转换系统中的轴向磁场永磁(AFPM)同步风力发电机设计中的应用。首先介绍了轴向磁场永磁电机的结构特点;然后介绍了SMC材料的特性,讨论了SMC材料在永磁风力发电机设计中的应用;最后使用有限元法将基于SMC的AFPM风力发电机与采用硅钢片定子铁心的AFPM风力发电机进行了比较,证明了所提方案是可行的。     

2kW直驱式永磁同步风力发电机设计与仿真

针对现有永磁风力发电机结构存在的不足,分析设计了一种新型直驱式永磁同步风力发电机。应用磁路法对电机进行了电磁设计,初步确定了电机的主要尺寸参数;采用有限元数值方法分析了其空载和负载情况下的磁场分布规律,获得了永磁同步发电机的电磁特性,验证了电磁设计的正确性。