1.5 MW双馈风力发电机电磁场和温度场分析

随着风电装机容量的不断增大和单机容量的不断提高,风电机组的安全运行问题越来越受关注.利用ANSYS有限元分析软件对常见的1.5 MW双馈风力发电机进行了二维建模.根据电磁场和热学传导的相关理论,通过有限元软件,对风力发电机正常工作和故障时电机的磁场和温度场进行了仿真和分析,得到了发电机运行时电机内部磁场和温度场的分布状况.通过分析与研究,提出了发电机维护和故障诊断中应该注意的问题,对发电机的故障诊断和维护有一定的指导作用.     

不同转子结构的永磁半直驱同步风力发电机电磁场的计算与分析

以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象,设计了定子252槽、转子32极、永磁体在转子嵌放位置不同的发电机方案,建立电磁场二维有限元计算模型。分别给出两台风力发电机空载和负载两种工况下的磁场波形,并给出两台电机各取一个单元电机内的负载径向气隙磁密谐波分解图,同时计算了负载时绕组磁动势的谐波含量。此外,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,为设计大容量永磁半直驱风力发电机提供了一些有意义的参考。     

大功率永磁同步风力发电机电磁与温度特性分析

海上风电正在成为风力发电产业发展的主要方向,而随着装机容量的逐渐增加,大功率永磁风力发电机正成为国内外学者的研究热点。而目前对风力发电机的研究多集中在3MW以下的中等功率的样机,针对大功率的永磁风力发电机尚缺少相应的设计经验和参考。本文以7.6MW的永磁同步风力发电机为研究对象,对大功率永磁风力发电机的电磁特性进行了详细的分析,包括空载电磁特性、有无斜槽时的转矩波动与谐波分析、负载转矩波动等。同时对大功率的永磁风力发电机设计了冷却方案,基于3D有限元法对该电机的温度特性进行了详细的分析。在此基础上,加工了两台7.6MW样机,通过两台样机的对拖实验,验证了本文的理论分析。     

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性，本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式，对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究，并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势；之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型，并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性；最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型，通过多目标遗传优化算法，对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明，针对兆瓦级直驱式风力发电机而言，采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势，本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。     

基于参数在线辨识的永磁风力发电机无位置传感器控制技术

提出一种基于无位置传感器及电机参数在线辨识的永磁同步风力发电机控制策略。通过建立永磁同步发电机的扩展反电势数学模型,推导出基于锁相环技术的转子位置自检测控制模型。为消除发电机参数时变性对转子位置观测精度的影响,建立了基于递归最小二乘法的电机参数辨识模型,对永磁风力发电机的d、q轴电感进行实时在线辨识,并将实时辨识得到的电机参数应用于发电机转子位置观测和转子磁场定向矢量控制中。建立了一套2kW的永磁风力发电机实验机组,对所提控制策略的有效性和可行性进行了实验验证。     

3 MW紧凑型低噪声异步风力发电机电磁及冷却设计

以3 MW高效率低噪声笼型风力异步发电机为例,针对笼型异步风力发电机的发展趋势:高效、低噪声、高功率密度的要求展开工作。介绍了笼型异步风力发电机的电磁和冷却方案的计算过程,通过电磁仿真技术对气隙谐波磁场在转子导条中产生的附加损耗进行了优化,通过流体仿真技术计算通风噪声。最后,根据型式试验数据进行对比和分析。结果表明,电机设计方法可行,电机整体性能较优。     

基于变流器控制策略的直驱永磁风力发电机优化设计

直驱永磁风力发电机通过一个背靠背全功率变流器与电网相连,因此传统基于电网电压的直接并网同步发电机设计与分析模型不再适用于直驱永磁风力发电机。本文提出了一种新的直驱永磁风力发电机的设计分析模型,该模型综合考虑了变流器电流矢量控制策略对发电机特性和性能的影响,能更准确地反映直驱永磁风力发电机的实际运行状况。基于该模型,运用遗传算法对1.5MW、3MW、5MW、7MW和10MW五种功率等级的永磁直驱风力发电机进行了以材料成本最低为目标的优化设计,设计结果表明电机的重量和成本都得到了下降。最后运用有限元方法,对10MW永磁直驱风力发电机进行了空载、负载的性能仿真分析,仿真结果验证了本文提出的设计模型和优化设计方法的正确性。     

双层分数槽绕组永磁同步风力发电机的设计与仿真

针对模拟永磁风力并网发电系统中发电机的应用,提出了一种双层分数槽绕组永磁同步风力发电机。介绍了永磁同步风力发电机的结构特点,并计算电机的结构尺寸。通过利用有限元软件对电机的静态和瞬态磁场进行了建模仿真计算,还通过解析法对气隙磁场进行了计算,同时还分析了风力发电机的磁场云图、自转转矩。另外还对发电机在自转后的电压、电流、磁链径向磁密及其FFT,涡流损耗,齿槽转矩进行了分析。结果与设计相符,为模拟永磁风力并网发电机的研究和该类发电机的优化提供了新的思路和参考。     

1.5MW直驱永磁风力发电机性能研究

分析了极数、槽数和相数对直驱永磁风力发电机性能的影响,以及减小齿槽转矩和提高输出功率的极、槽配合和极弧系数的选取方法。运用等效电路模型设计额定功率为1.5 MW、78极324槽的直驱永磁风力发电机,基于ANSOFT有限元法,研究了直驱永磁风力发电机在额定、短路情况下的运行特点,并进行了发电机运行特性理论分析和实验研究,通过仿真和实验验证了所设计直驱永磁电机的可行性和实用性。     

新型双定子混合励磁风力发电机三维有限元分析及实验研究

提出一种新型双定子混合励磁风力发电机,分析电机的结构特点及工作原理,计算电机的空载磁场分布、静态特性及空载特性,并对样机进行实验研究。基于三维有限元方法,采用ANSYS软件计算了电机的空载磁场分布,得到了空载内外定子电枢绕组磁链、内外定子电动势及合成电动势;根据磁链法分别计算了电枢绕组和励磁绕组电感等参数;分析了电机额定转速400 r/min时的空载特性。理论分析与实验结果表明：采用双定子的电机结构可使电机空载相电动势比相同条件下的单定子电机增加约23%;通过调节励磁电流,发电机相电动势在90~110 V之间变化。由圆套筒型整体永磁体组成的串联磁路并设置2个定子的新型电机结构可有效地提高低速电机的发电能力;双定子混合励磁风力发电机具有较好的调磁性能。     

直驱永磁同步风力发电机空载短路分析

利用ANSOFT电磁场软件,建立了基于Maxwell的直驱永磁风力发电机二维瞬态有限元模型,对MW级直驱永磁风力发电机进行了空载性能和各种突然短路分析。通过理论分析和仿真结果验证,得到了各种故障工况下所能得到的最大电枢电流和获得最大电枢电流的初始条件,为永磁电机设计永磁体工作点的确定提供了理论依据。     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

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。     

基于有限元法的兆瓦级双馈风力发电机电磁分析

本文运用Maxwell仿真环境建立了双馈风力发电机的电磁场模型,并对电机的静态磁场和瞬态磁场进行了仿真分析,通过对电磁场的仿真分析,不但能直观的看到电机内部电磁场的分布情况及电机的运行特性,并且可判断电机设计的合理性,利用有限元分析结果对所设计电机进行优化。     

永磁风力发电机通风结构优化及性能分析

为了提高永磁风力发电机的通风冷却效果,以一台2.5 MW永磁风力发电机为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)以及传热传质学基本理论,根据流-热协同机理,建立了包括外部通风系统的三维流体流动与传热的求解模型.应用有限体积元法,对电机通风冷却性能进行了数值研究,并与实验数据进行对比分析,实验结果验证了计算结果的准确性以及求解方法的合理性.通过改变电机内径向通风沟结构尺寸,提出4种优化方案,通过对不同结构方案条件下通风冷却性能进行对比研究,给出了发电机最佳的结构方案.所得结论可以为永磁风力发电机通风结构的设计提供参考.     

基于有限元法的双馈风力发电机电磁场计算与分析

基于ANSYS有限元分析平台建立了新疆某风电场1.5 MW双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的2维电磁场模型。基于有限元法对双馈发电机正常运行工况、单相接地短路、两相稳态短路时磁力线分布和气隙磁密分布进行了计算,分析了不对称短路故障对双馈发电机的影响。结果表明:在发生不对称短路故障时,双馈风力发电机的气隙磁场明显畸变,漏磁增多,其附加铁耗及定子表面铁耗显著增加;发生单相接地短路故障时的上述损耗均比两相短路故障时大;在发电机中感生的谐波电动势会引起发电机机械振动和噪声。     

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.     

CPPM混合励磁风力发电机磁场有限元分析

对 CPPM 混合励磁外转子风力同步发电机进行了二维和三维磁场有限元分析,研究了电机轴向磁场的饱和问题,为电机优化设计以及拟定系统控制策略提供依据.     

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。     

高功率密度笼型异步风力发电机通风结构优化分析

针对电机内的通风冷却系统,以一台2.5 MW高功率密度笼型异步风力发电机为例,基于流体力学基本理论,研究了电机内的通风系统和流体的流动原理,对电机的通风结构进行流体场仿真计算。对电机使用的通风结构进行优化,改变电机转子轴向通风道的数量,通过对不同方案的对比分析,最终得出了电机内流量和流速均匀分配的最优方案,限制了电机的温升,提高了电机运行的可靠性。