永磁直驱型风力发电机的无传感器控制

分析了基于锁相环的永磁同步发电机转速和转子位置估算方法,并在这种无传感器算法的基础上实现了永磁同步电机的矢量控制.通过仿真验证了该矢量控制方法的有效性,并在风电试验系统上进行了试验,结果表明该方法能够实现对永磁同步发电机的有效控制.     

永磁同步电机对拖试验电压降低问题研究

大型永磁同步电动机(PMSM)对拖做负载试验时,由于作为发电机运行的PMSM端电压随负载电流增加而降低,端电压低于负载回馈的电网侧电压导致无法继续加载的问题,本文提出永磁同步发电机输出端并联电容器的方法,以补偿因电机感性回路中滞后的无功电流导致的发电机端电压下降。根据发电机定子绕组电流计算直轴去磁电流Id,定量计算无功补偿的电容值,既可以满足PMSM加载的需求,也可以避免投入电容量过大导致发电机端电压过高对电机绝缘材料寿命的影响;建立了带电容补偿的PMSM对拖测试的仿真模型。仿真结果表明,电容补偿值计算正确,能有效升高发电机的端电压,实现PMSM的平稳加载。与其它加载方法相比,该方法工程造价低,并能够实际应用于PMSM的性能测试。     

基于PWM控制下永磁同步发电机效率优化设计

永磁同步发电机(PMSG)通过全功率变流器与直流母线连接,因此传统的采用直接并网的同步发电机设计与分析模型不再适用于变速恒频系统中的永磁同步发电机。本文提出了一种变速恒频系统中永磁同步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,能更准确地反映永磁同步发电机的实际运行状况。基于该模型,运用模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)对4k W的永磁同步发电机进行了以效率最优为目标的优化设计。最后运用有限元方法和Matlab仿真分析,对4k W永磁同步发电机进行了空载有限元仿真和负载情况下的运行仿真和实验,通过仿真和实验的结果验证了本文所提出的设计优化设计方法的工程使用价值。     

带感性负载时三相永磁同步发电机电压特性及设计研究

对带感性负载三相永磁同步发电机的电压特性进行了研究分析,提出了合理设计电机参数可有效减少电压变化率的永磁同步发电机设计理论。对不同xd/xq比值的永磁同步发电机的电压变化率进行了仿真计算,设计了一台12kW三相永磁同步发电机样机,实际结果验证了设计理论的有效性及实用性。     

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。     

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%。     

永磁直驱同步风力发电机电磁设计及仿真分析

介绍了3MW永磁直驱同步风力发电机电磁设计参数要点的选取,尤其是对不同每极每相槽数下发电机的性能进行了对比仿真分析。列举了3MW永磁直驱同步风力发电机的主要技术参数,并通过有限元分析软件对所设计发电机的空载特性、负载特性及短路特性进行了仿真计算分析,并对三相短路状态下永磁体是否会发生不可逆退磁进行了验证。     

混合励磁永磁同步发电机的特性分析

当常规的永磁发电机在负载运行时,由于定子电阻、电枢反应的作用,发电机的输出电压随着负载的变化而变化。而混合励磁永磁同步发电机集成了电励磁和永磁两类电机的优点,使得发电机的输出电压可以得到有效的调节。该文从混合励磁永磁同步发电机的电阻、电抗参数入手,分析了各参数对发电机外特性的影响。实验结果验证了分析方法正确有效。     

斜槽在450W离网型风力发电机中的应用研究

斜槽是一种削弱永磁同步发电机齿槽转矩和电压谐波的有效方法.在理论分析的基础上,对定子分别为直槽、斜槽结构的两台450W永磁同步风力发电机进行了MagNet有限元仿真和试验分析.重点研究了斜槽对永磁同步风力发电机齿槽转矩、电压波形以及效率的影响.仿真和试验结果验证了斜槽可以有效降低永磁同步风力发电机齿槽转矩和电压谐波.     

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。     

低电压调整率交流永磁发电机的设计

根据内置式永磁同步发电机带纯电阻负载时,取得低电压调整率的条件,提出了设计低电压调整率交流永磁同步发电机的方法,并场路结合进行计算,设计了一台低电压调整率的交流永磁发电机.通过有限元计算负载场,得到了电枢反应电抗的饱和值和电压调整率,并与相量法得到的电压调整率进行了比较.分析结果表明本文的设计和计算方法是正确有效的.     

直驱式永磁同步风力发电机性能研究

通过等效磁路法设计了额定功率1.5MW的直驱式永磁风力发电机;为了深入研究额定功率1.5MW的直驱式永磁风力发电机的运行特性,采用场路结合法分析了永磁风力发电机在空载、额定负载和短路情况下的运行特点,并验证了所设计永磁风力发电机的可行性;在此基础上,将极孤系数、负载变化对永磁同步发电机输出功率的影响进行了仿真;对比研究了每极每相槽数对永磁同步发电机性能的影响.结果表明:极槽匹配对直驱式风力永磁发电机性能有很大影响;通过合理选择极数、槽数以及极弧系数,可以减少输出电压谐波分量的影响,降低永磁材料的使用,节省成本,有助于直驱式风力永磁发电机获得良好的性能.     

高效率轴向磁场永磁同步发电机节能技术研究

提出了一种高效率轴向磁场永磁同步发电机结构.分析了其运行原理,并进行了电磁设计与仿真计算.对磁极形状进行了优化设计,得到了正弦度高的相反电势和负载相电流波形,并从多方面研究轴向磁场永磁同步发电机的节能技术,着重研究了减小电机铁心损耗技术,提高了电机的效率.并设计制造了样机,试验结果验证了文中提出的节能技术正确可行.     

直驱多相双绕组永磁同步发电机的设计研究

针对现有的三相永磁直驱风力发电机可靠性不高,连接并联变流器时易产生环流,不能实现变流器的串联等问题,提出了一种新型直驱多相永磁同步发电机结构。这种新结构多相永磁同步发电机能够提高系统的可靠性,方便变流器的串、并联,解决了三电平变流器中点电压脉动的问题。本文以3.5 kW 6相12绕组永磁同步发电机为例对这种电机进行了设计研究,通过有限元仿真和样机试验验证了这种电机的确具有这些优势。     

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。     

变速永磁同步发电机系统及控制策略

变速、变负载的永磁同步发电机一般需要电力电子装置进行整流与直流稳压,由此构成了基本的永磁同步发电机系统。该系统既可提供直流电源,也可经逆变后提供交流电源或并入交流电网。本文对基本永磁同步发电机系统的常见结构与控制策略进行综述,分析了其优缺点。     

表面插入式永磁同步发电机低电压调整特性

对表面插入式转子三相永磁同步发电机(PMSG)的负载特性进行了研究。用解析法推导出了实现零电压调节的条件。使用有限元分析计算磁场分布,根据磁场分布分析饱和对同步电抗的影响。实验结果表明:用饱和的双轴模型可对发电机的负载特性进行更精确的预测。     

双定子盘式永磁同步发电机仿真及试验研究

盘式永磁同步发电机适于低速大转矩的场合,在风力发电领域具有较强的应用潜力。针对一台36槽30极的双定子盘式永磁同步发电机,采用有限元法对其空载气隙磁密、空载反电动势以及负载输出性能进行了仿真分析,对样机的气隙磁密、空载和负载的输出性能进行了试验测量。分析结果表明:最大气隙磁密的仿真值与测量值均较为接近,空载反电动势、负载输出电压的仿真波形与实测波形同样较为接近;在同一电阻负载下,发电机输出功率的计算误差为1.73%,仿真结果与试验结果具有较好的一致性。     

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。     

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。