大型永磁同步风力发电机定子温度场研究

根据传热学原理建立了金风62/1200kW型永磁同步风力发电机的二维稳态温度场数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件,以一对磁极为计算区域计算发电机定、转子温度场.计算出了发电机运行达到的最高温度以及所在的具体部位;并计算了由于铁心和绕组绝缘材料的导热系数提高对温度场的影响.计算结果与现场实测结果相接近,验证了计算方法的正确性.该结果为发电机设计、运行温度监控部门提供了参考数据,也可作为故障诊断的重要判据.     

永磁技术应用于风力发电机的挑战

世界上十大风机制造商,有超过一半的制造商正在进行永磁发电机技术的研究,或是早已向市场推出了永磁发电机产品.通常,最简单的将传统双馈异步发电机转换为永磁发电机的办法就是用同速的永磁发电机和全功率变流器替代现在高速齿轮箱后面的双馈异步发电机,仅需要对风机和机舱布置做很小的设计改动.永磁技术提供了各种不同的概念,从10 r/min到20 r/min的大转矩直驱发电机.同时也提供了各种结构方式,像外转子轴向磁通发电机,永磁励磁使电机同时具有高效、高转矩,因为励磁不需要向系统连续地输入能量.而且,也会产生较低的同步电感,可使电机具有大转矩.     

永磁风力发电机动态温度场的测试与分析

针对永磁风力发电机在运行过程中出现的高温失磁现象,采用专业的FLIR红外热成像仪采集了各工况下永磁风力发电机的外壳、定子、磁钢及转子温度场,并利用Tecplot软件对试验数据进行后处理.通过对比分析温度分布图,得出了永磁风力发电机动态温度场的分布规律,在此规律下对采用的永磁材料NdFeB的动态性能进行分析,提出了永磁风力发电机动态失磁的条件、原因及优化改进温度场分布的可行性意见,为今后永磁风力发电机的设计、生产提供了参考数据和防失磁技术的研究依据.     

高电感永磁同步风力发电机的设计和分析

根据新型的基于电流源型风力发电系统的要求,采用分数槽集中绕组设计了输出功率为10kW的高电感永磁同步发电机,并运用有限元法分析了电机在不同负载情况下的工作特性。分析结果表明,电机的齿槽转矩较小,电机绕组的感应电动势接近正弦,在一定的风速范围内,电机输出的电流经整流器整流以后,其直流电流波动小,满足电流型风力发电系统控制要求。     

基于永磁同步发电机的直驱风电双脉宽调制变流器的研制

阐述了永磁直驱风电系统背靠背双脉宽调制(PWM)全功率变流器的电路结构和控制原理,利用Matlab软件建立了该系统的仿真模型,对其稳态和动态性能进行了分析.并构建了永磁直驱风电试验平台和双PWM变流器系统.结果表明:采用双PWM变流器作为永磁直驱风电系统的变流器,可以实现对永磁同步发电机(PMSG)的优良控制,并向电网输送优质的电能.     

新式盘式永磁直流风力发电机的设计与仿真

对一种新型小功率盘式永磁直流风力发电机的原理和电磁设计进行了分析和推导,利用 Ansoft Maxwell 3D软件对电机的磁场分布和运动情况进行了仿真,其结果可为进一步研究提供参考.     

垂直轴永磁同步风力发电机侧整流器的终端滑模控制

滑模控制在提高滑模面速度时会有较大抖振。文章设计了一种新型滑模控制器,该滑模控制器不需要微分估计器及额外的滤波装置,就可抑制系统的抖振。结合矢量控制技术,采用文章方法分别设计永磁同步发电系统的速度外环和电流内环的滑模控制器,保证转速和电流在有限时间内跟踪相应的给定参考,实现最大风能捕获。仿真结果表明:与PI控制器和线性滑模控制器相比较,该控制策略实现风力发电机侧的最大风能捕获的同时,提高了系统的动静态性能。     

永磁风力发电机产能效率优化策略研究

永磁同步风力发电机存在产能效率不高的问题，而诠释产能效率的两个分解因素是?效率和输出功率，因此该研究借助一种响应面法（RSM）和存档微遗传算法（AMGA）相结合的优化方法，以改善内部结构参数开展提高发电机产能效率的双目标优化研究。首先建立发电机?平衡模型，确立优化双目标；其次，采用敏感性分析法确定定子内径、气隙长度、永磁体厚度及铁芯长度组合为设计变量，通过Box-Behnken试验设计（BBD）试验设计获得29组样本数据，根据RSM获得输出功率和?效率的回归方程，并经方差分析验证模型可靠性；最后以?效率和输出功率极大为优化双目标，借助RSM和AMGA相结合法进行寻优，得出最佳结构参数，从而提高发电机产能效率，并降低了功率脉动，提升电能品质。     

齿槽形状对永磁风力发电机温度场分布的影响

以影响发电机温度场分布的齿槽结构为研究对象,基于变工况下的实测值,采取有限元数值模拟法,开展功率为400 W的不同齿槽结构的永磁风力发电机温度场研究。首先,按照测试方案并运用FLIR红外热成像仪采集梨形槽、扇形槽、斜肩圆底槽3种结构发电机在不同工况下的动态温度场,将测试温度值整理后,通过meshgrid(x,y)函数和surf(x,y,z)函数相结合,分别绘制出不同槽型的定子沿径向随负载值大小和位置变化的三维曲面;其次,以所测温度值为计算载荷和边界条件,模拟出不同齿槽结构的温度场;最后,对比分析测试和计算温度场的分布规律,以二者一致且有效的规律为依据,找出产热低、散热强的最优齿槽结构。     

Design and Experimental Verification of a Linear Permanent Magnet Generator for a Free-Piston Energy Converter

This paper discusses issues that are pertinent to the design of a linear permanent magnet generator for application in a free-piston energy converter. To achieve the required high power density, high efficiency, and low moving mass, a tubular machine equipped with a modular stator winding and a quasi-Halbach magnetized armature is employed. It is shown that the machine design can be optimized with respect to three key dimensional ratios while satisfying other performance requirements. It is also shown that, when the generator is interfaced to an electrical system via a power electronic converter, both the converter volt-amps rating and the converter loss should be taken into account when optimizing the machine design. The performance of such a tubular generator is demonstrated by measurements on a 10-pole/9-slot prototype machine.     

Multiphysics Design of a High-Speed Permanent Magnet Machine for a Micro Gas Turbine Application

This paper presents a detailed and comprehensive multiphysics design process of an 80 kW, 60 000 r/min high-speed permanent magnet machine (HSPMM) for a micro gas turbine application. First, the preliminary design of the HSPMM is carried out according to the mechanical and electromagnetic theory. Afterwards, the influence of carbon fiber sleeve (CFS) thickness, rotor diameter and core length on rotor stress and rotor dynamics is carefully analyzed to obtain the optimal range of rotor diameter and core length. On this basis, the electromagnetic and power loss characteristics are analyzed in detail to obtain the final design scheme. Fluid-solid coupling model is used to calculate the temperature field of the HSPMM to verify the rationality of the scheme. The rotor thermal stress analysis considering the multi-layer and multi-angle winding of CFS is carried out to obtain the rotor models suitable for prototype and mass production, respectively. Finally, the prototypes are manufactured and tested to verify the reliability of the multiphysics design process.     

Alnico Permanent Magnet Generator Pole Shape Evaluation using Finite Element Analysis

Complex demagnetization characteristics of Alnico permanent magnet material forces pole design procedure to rely upon empirical methods. The Alnico material adopts several B-H (flux density-coercive force) curves due to nonhomogenous demagnetization, thereby causing hand calculations for magnet working conditions and generator voltage to be nebulous. A method is presented which yields the magnetic operating characteristics of the Alnico pole and corresponding generator terminal voltage for a given load current. The finite element modeling of the pole is based on a field solution of the magnet's severest previous demagnetization.     

永磁直驱风力发电机瞬态温度特性研究

采用有限元法对大功率永磁直驱风力发电机定子三维瞬态温度场进行计算,得到了电机定子温度场。对发电机进行了型式试验,测试结果与计算的稳态结果较为接近,验证了计算的准确性。结果表明,电机在额定工况下,温升稳定后端部绕组温度高于中间绕组,最高温度点在背风侧的端部绕组,最高温度与平均温度相差16℃左右。将实际风场的风资源数据作为外界条件,对永磁直驱发电机一定时间跨度的瞬态温度进行计算,结果与SCADA系统采集的风力发电机运行数据较为接近,为绝缘系统设计和电机的优化提供了参考。     

半直驱永磁风力发电机散热性能影响因素研究

目的  随着风力发电技术的发展,永磁风力发电机单机容量不断增加,发热功率也随之增大,发电机散热正面临前所未有的挑战,如何有效地解决发电机温升高、散热难的问题一直是我们研究的重点。 方法  文章基于STAR-CCM+软件平台建立了发电机散热-冷却一体化数值模拟方法,通过与实验值对比验证了数值计算方法的可靠性。在此基础上对大功率永磁风力发电机内部温度分布规律以及冷却系统散热性能影响因素进行了研究。 结果  在额定功率下,绕组、定子铁芯的最高温度出现在中层区域,工艺条件允许的情况下,冷却水管位置应尽可能靠近绕组,以带走更多的热量;增大发电机总进风量,可显著降低定子铁芯温度和绕组温度;进风温度与绕组、定子铁芯最大温度呈线性关系,进风温度每降低5℃,最高温度降低约1.4℃,降低进风温度可一定程度上改善发电机散热性能;进水温度与绕组、定子铁芯最大温度呈线性关系,进水温度每降低5℃,最高温度降低约3.3℃,降低进水温度可大幅提升发电机散热性能。此外,冷却水管与定子铁芯的间隙极大地阻碍了冷却水管的换热,在间隙中填充导热性能好的材料可有效改善发电机散热性能。 结论  文章所得结论可有效指导永磁风力发电机的散热设计,能够保障风电机组在正常工作中安全运行。     

不同槽型对海浪发电用永磁直线同步发电机的影响研究

针对海浪发电机采用永磁直线同步发电系统会引起电机严重振动进而发生永磁体断裂的问题,基于直线电机与永磁电机理论,分析了两种槽型对海浪发电用永磁直线同步发电机的电磁力的影响,通过仿真计算确定了采用开槽结构进一步优化电机结构,使海浪发电为用永磁直线同步发电机齿槽力最小。     

新型永磁风力发电机控制策略的仿真研究

直驱式永磁同步发电系统以其噪声小、可靠性高等优点在风力发电系统中越来越得到重视。对一种采用新型永磁同步发电机的直驱式永磁同步发电系统进行了仿真研究,建立了新型永磁风力发电机组的MATLAB模型,提出了一种基于萤火虫群算法的优化功率分配方法。该方法以减小发电机损耗为目标,能够较大地提高发电机组的效率。仿真结果表明,采用优化功率分配方法的发电机由于能够减小损耗,可以输出更多的有功功率,具有更高的发电效率。研究结果可为新型永磁同步发电机发电效率的提高提供参考。     

High-Order Sliding Control for a Wind Energy Conversion System Based on a Permanent Magnet Synchronous Generator

This paper presents the output power control of a wind energy conversion system (WECS) based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG). It is assumed that the considered wind module integrates a stand-alone hybrid generation system, jointly with a battery bank, a variable ac load, and other generation subsystems. The operation strategy of the hybrid system determines two possible operation modes for the WECS, depending on the power requirements of the load and the wind availability. The paper deals with the design of a combined high-order sliding mode (HOSM) controller for the power control of the WECS on both operational modes. The main features of the obtained controller are its chattering-free behavior, its finite-time reaching phase, its simplicity, and its robustness with respect to external disturbances and unmodeled dynamics. The performance of the closed-loop system is assessed through representative computer simulations.      

燃气轮机发电机迷宫型气封结构设计改进

介绍了某燃气轮机发电机转子绝缘情况,经过检查确定由于发电机迷宫型空气密封磨损而引起转子绝缘下降。通过对可能的影响因素进行了分析,提出并制定了迷宫型气封结构设计改进处理方案。实践证明,此次迷宫型气封结构设计改进切实可行,供同类型机组参考。