双定子永磁同步发电机(Ⅱ)——有限元分析及样机试验

对双定子永磁同步发电机进行了有限元分析计算和样机试验,验证了本系列前述文章中将响应面法应用于双定子永磁同步发电机电磁设计的有效性及电机性能的优越性。针对5kW的样机电机,在不考虑散热差异的前提下,双定子永磁同步发电机的功率/体积密度比内转子永磁同步发电机提高50%左右,额定工作效率达90%,且在很广的负载范围内都具有很高的运行效率,额定电压调整率只有6%。     

基于响应面法的永磁同步电动机磁钢结构的优化

基于永磁同步电动机磁钢的单独设计,将响应面法与遗传算法相结合应用于永磁同步电动机中,以磁钢外径以及极弧系数为优化变量,给出了永磁同步电动机的响应面设计方法及步骤,包括设计变量、目标函数的选取及具体的求解过程,采用遗传算法对响应面函数进行最优点求解,最后给出优化设计方案.仿真结果表明:优化后的磁钢结构可大大减小气隙磁密的波形畸变率,改善了永磁同步电动机气隙的正弦性.     

双电压复合励磁稀土永磁同步发电机设计研究

文章研究了一种新型双电压输出的复合励磁稀土永磁同步发电机。该发电机的定子采用双绕组结构，转子采用永磁体和辅助电励磁相结合的复合励磁结构，兼顾了永磁同步发电机和电励磁同步发电机的优点。文章对这种电机结构原理、电磁计算进行了详细分析，通过对双绕组电枢反应的d-q轴电磁解耦，推导出其电磁计算的数学模型，得出各绕组输出电压的数学公式。样机的试验结果与设计结果进行了比较，证明了其推导的正确性。     

一种双定子低速稀土永磁同步风力发电机设计研究

根据应用在风力发电装置中的稀土永磁同步发电机转速低、极对数多、体积大的特点,为了充分利用发电机的空间,设计了1种新型双定子低速稀土永磁同步发电机,利用ANSYS软件进行建模、剖分、加载、求解和后处理等仿真分析,在发电机体积相同的情况下,通过对比单、双定子结构永磁发电机的性能参数,表明采用新结构的发电机的输出功率和输出电压有明显提高。     

大型双定子直驱永磁风力发电机电磁设计与仿真

为充分利用发电机的空间,提高直驱永磁风力发电机的功率密度和材料利用率,降低生产成本,解决运输困难等问题,设计了一种兆瓦级双定子永磁直驱风力发电机,将分数槽单节距绕组用于双定子直驱永磁发电机,使得双定子直驱永磁风力发电机实现了高功率密度、低定位转矩和低惯量的目的.用Visual Basic 6.0编制了双定子永磁发电机的电磁设计软件,用磁路的计算方法得到初步模型后,利用Maxwell有限元仿真软件进行建模、网格剖分、加载、求解和后处理等仿真分析,利用先进的电磁设计软件和全面的电磁有限元仿真分析,完成了对大型双定子永磁直驱发电机的精确分析与设计.     

新型高效永磁同步发电机技术研究

结合国内高效新型永磁同步发电机的开发和研究,介绍了无铁心永磁同步发电机、混合励磁永磁同步发电机、双单元永磁同步发电机和双定子永磁同步发电机的结构、设计理念及技术发展,以促使永磁发电机的设计理念及创新技术不断变革及发展.     

双向斜极永磁同步风力发电机设计

基于电磁转矩及电磁轴向力两方面设计一款双向斜极结构永磁同步风力发电机,利用二维有限元分层法,对永磁同步风力发电机直极结构与单向斜极结构、双向斜极结构进行对比,并分析不同结构对永磁同步风力发电机脉动转矩及轴向力的影响。     

盘式永磁同步风力发电机的设计

本文介绍双转子单定子盘式永磁同步风力发电机的设计。用软磁复合(SMC)材料来形成定子铁心,同时采用结构简单的背靠背绕组,使电机的制造变得容易。用等效磁路法对5 kVA盘式永磁同步发电机进行了设计,并用有限元法对其进行了验证,计算和仿真结果表明此设计方案是可行的。     

大型定子内永磁风力发电机的设计

提出新型定子内永磁发电机的基本结构和工作原理,根据国内风力发电设备生产和应用的实际情况,进行1.5 MW定子内永磁风力发电机的设计工作.接着提出定子内永磁风力发电机的主要设计参数和设计原则,最后给出直接驱动定子内永磁风力发电机的设计实例.设计和分析结果表明大型定子内永磁风力发电机设计方案的可行性和正确性.     

一种改进型混合励磁永磁同步发电机的设计研究

混合励磁永磁同步发电机是在永磁同步发电机的基础上，在电机的定子或转子上加入电励磁绕组以调节电机主磁通的新型发电机。文中首先对现有的混合励磁永磁同步发电机结构进行了改进，并详细分析了其改进后的工作原理和设计特点。结合混合励磁永磁同步发电机的工作原理，给出了相应的发电机电励磁控制系统。最后通过实验数据与设计数据的对比验证了本文的内容。     

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。     

基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计

直驱永磁风力发电机具有结构简单、成本低、运行可靠等优点,在风能发电领域具有潜在的应用价值。以1台1 200 kW直驱永磁同步风力发电机为研究对象,进行了电磁场、温度场及热应力场等多物理场耦合分析,考虑由于温度变化及热变形对永磁体、铜线等电磁材料性能的影响,最终实现电磁性能、温度及形变的收敛,从而更为准确地分析发电机性能。以多物理场耦合分析方法对该发电机进行定子绕组优化设计,使绕组设计更加合理。所得结论对直驱永磁同步风力发电机设计具有一定的参考价值。     

计及定子励磁电流变化的永磁双馈发电机零转矩控制策略

为了提高电网电压严重骤降故障下双馈发电机低压穿越性能,研究了新型永磁双馈发电机的低电压穿越控制策略。对新型永磁双馈风力发电机结构及电磁关系进行了分析,建立了永磁双馈发电机系统的动态数学模型,针对永磁双馈发电机在电网电压严重跌落时,提出了计及定子励磁电流变化的永磁双馈发电机零转矩控制策略,分别采用传统Crowbar控制和计及定子励磁电流变化的零转矩控制策略进行了对比仿真。仿真结果表明,计及定子励磁电流变化的零转矩控制策略能够改善永磁双馈发电机低压穿越运行能力。     

2MW双定子直驱永磁同步风力发电机的设计

根据直驱风力发电机级数多、转速低、体积大的特点,设计了额定功率2 MW的双定子直驱式永磁同步风力发电机,并通过电磁场有限元分析软件对所设计发电机进行了空载和额定负载情况下的仿真研究,验证了设计方案的可行。并与同功率的单定子永磁发电机相比,双定子永磁同步风力发电机性能良好,同时可以减轻重量,并有效提高电机的空间利用率,对双定子复合式风力发电机的设计具有一定的参考价值。     

双定子混合励磁同步发电机电磁设计分析及实验研究

针对风力发电用永磁同步电机具有转速随机性较强导致端电压不稳定的特点,设计了一种双定子混合励磁同步发电机,并给出其电磁设计方法.利用三维有限元方法分析励磁电流变化时的电机空载磁场分布,并计算绕组磁链、感应电动势及电感等参数.研制了一台8极27槽样机,测试了发电机内外定子相电动势波形及空载特性.实验结果验证了理论分析的正确...     

基于参数敏感度的双凸极永磁型双定子电机的优化设计和性能分析

双凸极永磁型双定子(DSPMDS)电机是针对电动汽车(EVs)驱动电机的应用要求,融合了双定子电机理论和定子永磁型双凸极电机理论,具有高转矩密度、高功率密度以及更加灵活多变的工作模式等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构,在DSPMDS电机初始设计尺寸的基础上,通过建立电机参数化模型,并采用多目标敏感度优化方法,筛选出对电机转矩波动和铁心损耗影响最大的关键结构尺寸参数,在此基础上进一步采用响应面法选取最优结构尺寸参数。采用有限元仿真计算分析DSPMDS电机的反电动势、铁心损耗、定位力矩等电磁性能,样机实验结果验证了所提出的参数敏感度优化设计方法和性能分析的正确性,丰富了该类复杂结构的永磁型电机的快速设计和优化的途径。     

42 V汽车用永磁发电机的电磁设计

在分析永磁同步发电机工作原理的基础上,根据汽车用永磁同步发电机的特点及要求,对电机主要尺寸的确定、永磁体尺寸的确定、极弧系数的确定以及定子绕组的设计等电磁设计过程进行了详细分析。采用等效磁路的方法计算得到一台42 V汽车用永磁同步发电机的设计结果。并在此基础上,进一步分析研究该电机,得到功角关系曲线、功率与效率的关系曲线、极对数与效率的关系曲线、气隙长度与效率曲线。     

变速变负载无轴承永磁同步发电机悬浮力及发电性能研究

针对普通发电机轴承磨损严重的问题,提出一种无轴承永磁同步发电机。首先分析了无轴承永磁同步发电机的悬浮原理和发电原理;其次,推导了感应电压表达式,利用麦克斯韦张量法建立悬浮力和电磁转矩的数学模型并验证其正确性;再次,运用参数化分析法设计并优化了发电机结构,仿真结果验证了发电机具有良好的悬浮力和电磁性能;另外,将设计的样机进行试验,验证了该发电机具有良好的动态性能;最后针对发电机常见的变速、变负载的问题,基于有限元仿真分析了其对发电机运行性能的影响。仿真结果说明该发电机在特殊工况下具有良好的悬浮性能。研究表明提出的新型发电机具有良好的动静态性能可以稳定运行。     

基于模型预测直接转矩控制的永磁同步发电机效率优化研究

为抑制发电机的转矩脉动并提高系统运行效率,该文将模型预测控制应用到直驱式永磁同步风力发电系统中,提出一种考虑发电机损耗的模型预测直接转矩控制效率优化算法。在传统模型预测直接转矩控制的基础上结合永磁同步发电机损耗模型定义定子有功电流预测值,用于获取发电机电磁转矩预测值,并通过求取系统最小损耗工作点得到定子有功电流设定值,结合最佳特性曲线的最大风能跟踪方法得到发电机电磁转矩设定值。进而,依据所设计的性能评估函数选取最优电压矢量,使系统能够保持最小损耗状态运行。以表贴式永磁同步发电机为例进行速度阶跃和转矩阶跃的仿真和实验,并与传统模型预测直接转矩控制进行比较,结果表明计及发电机损耗的模型预测直接转矩控制能够有效改善转矩脉动,在提高动态响应速度的同时提高了系统运行效率。     

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。