用于海浪发电永磁圆筒型直线发电机的结构优化与分析

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出了多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本较高。该文提出了永磁圆筒型直线发电机可以将波浪能直接转化为电能。详细阐述了该发电机的结构,并且基于电磁场有限元分析软件Ansoft对于发电机进行仿真,得到空载电压的波形。通过改变永磁体长度对发电机进行优化设计,最后给出优化后发电机的三相空载电压波形和负载特性。仿真结果可以指导磁体结构的圆筒型直线发电机的理论研究。     

永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用

针对波浪发电系统中大气隙永磁电机功率密度低的缺点,提出了一种将动子(永磁体)置于外部,永磁体采用准Halbach结构的圆筒型永磁直线电机,该电机可以增大功率密度,且提高气隙磁场强度的正弦程度。在体积相同的前提下,外转子永磁直线电机的功率密度为内转子结构的6~8倍。准Halbach充磁结构的气隙磁密为径向充磁结构的1.39倍。为了防止海水的腐蚀,将定子用环氧树脂密封。采用二维有限元分析优化其电机结构,分析了空载反电动势、负载反电动势、定位力以及损耗。研究表明凸定子结构能有效减小定位力。加工样机,在波浪水池中进行空载以及负载试验,通过仿真分析和实验结果可知,该电机具有功率密度大,与浮子连接方便的特点,能够很好地应用在波浪发电系统中。     

内燃机用自由活塞永磁直流直线发电机分析

提出了一种新结构的自由活塞永磁直流直线发电机。电机为圆筒形,粘贴在动子支架上的永磁体由内向外沿径向充磁,通过内静子铁心与动子支架间的穿插配合,从静子上看动子只有一个磁极,静子上只有一组串联绕组,当永磁体动子朝一个方向运动时,电动势方向不变,可看作直流永磁直线发电机。通过三维有限元分析计算,指出设置磁路调整环的必要性;给出了有效削弱齿槽力波动的方法;得到了反映电机性能的电感、电动势和电磁推力等重要参数或曲线。     

海浪发电用Halbach磁体结构圆筒型直线发电机性能分析

近几年提出了多种对波浪能进行开发的方案,大多都是在波浪能和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本较高。该文提出了Halbach磁体结构的圆筒型直线发电机可以将波浪能直接转化为电能。详细阐述了该发电机的结构和工作原理,并且基于Maxwell 2D对于发电机进行仿真,得到了磁场分布图、空载和负载电压的波形,仿真结果可以指导Halbach磁体结构的圆筒型直线发电机的理论研究。     

海浪能源转换无槽Halbach直线发电机的建模仿真研究

在过去的几十年,对于海浪能源的利用总能引起人们极大的关注。本文提出一种无槽霍尔贝克(Halbach)直线发电机的综合分析模型,包括流体效应和本征磁分布模型,用于将海浪的动能转换为电能。在假设流体是无黏性、无旋涡和不可压缩的情况下,将势能理论用于模拟六自由度的海浪作用,采用矢量磁势法推导得出发电机的特性表达式,分析结果与有限元仿真结果相符合。将该模型看作质点弹性阻尼系统,就是一个综合性的模型。在模型仿真中,需要重点关注真实海浪频谱的响应,以此评估该模型投入实际使用的可行性。附加的频谱响应表明,可以通过使能量输出系统保持较小的弹性刚度,来达到最大的功率输出。     

低速大力矩圆筒永磁直线电机齿槽力优化

首先用有限元分析来说明该文所研究的圆筒永磁直线电机推力波动主要是由齿槽力引起的。为削弱该电机的齿槽力,采用了一种基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出圆筒直线电机与结构参数有关的齿槽力表达式。在此基础上,研究了对定子极距所作的微小改变和极弧系数的优化选择对齿槽力的影响,提出了减少电机齿槽力的优化方案。利用有限元法对其验证,通过抽油机实际测试,证明文中提出的方法是正确有效的。     

圆筒型Halbach永磁直线发电机磁场结构的优化

为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率,提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型Halbach永磁直线发电机。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场进行分析,建立了二维有限元方程。应用ANSYS软件对使用常规永磁阵列与Halbach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较,也对Halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差δm分别为45°、60°、90°时发电机的气隙磁场进行了比较,得出了结果较优的方案,结果可靠。     

一种用于双凸极永磁发电机的电容储能型变换器

提出了一种用于双凸极永磁发电机(DSPMG)的电容储能型变换器(CERC)。通过分析DSPMG的电磁特性和发电原理,提出了一种针对CERC的控制策略。与传统的三相全桥整流电路(FBR)对比,在相同的负载条件下,采用CERC电路的DSPMG发电系统的输出功率有明显提升。仿真和实验均证实了所提出的拓扑和控制策略的正确性。     

热声系统混合磁路永磁直线发电机电磁分析

针对热声系统,提出了一种混合磁路永磁直线发电机的设计方案。定子采用旋转电机结构,动子采用纵向横向混合磁路结构,动子轴向往复运动产生感应电动势。有限元法分析结果表明,电机达到常规电机的电磁负荷,且纵向磁场对反电势影响很小。该型发电机结构简单,工艺性好,更适合于热声发电系统应用。     

潮流能永磁发电机电磁设计与仿真分析

为优化75kW潮流能永磁发电机的磁路结构设计,本文根据技术要求和边界条件,选择合适的电磁拓扑,初步确定电磁结构,然后采用有限元仿真分析软件计算电磁参数,并针对涡流损耗、第二气隙、拉杆环流等问题专题分析。结果表明,采用有限元仿真分析软件计算电磁参数直观、准确,第二气隙、拉杆环流的仿真分析结果为磁路结构的设计提供依据。     

永磁开关磁通直线电动机优化设计

采用基于有限元法的单参数优化方法分析了6/5和6/7动/定子极永磁开关磁通直线电动机的主要设计参数对推力的影响,最大化了其在固定铜耗下的推力。比较两种电机的优化结果,发现其参数优化值和最大推力基本相同,但6/5动/定子极电机的定子结构更为简单。随后采用基于遗传算法的全局优化对6/5动/定子极电机的单参数优化进行了验证。最后,通过对电机端部尺寸的优化,将6/5动/定子极电机齿槽力降低了40%。     

永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

具有无功馈送绕组的多相永磁同步发电机稳态特性

对于5 MW及以上超大功率近海风电机组,现有中低压技术方案使发电机与变流器均需要承受较大电流,因此风电系统效率低下。文中简述了具有无功馈送绕组的高压永磁多相风力发电机结构。这种新的结构可以利用拓扑简单的单极性变流器串联直接实现高压直流,同时利用无功馈送绕组,向发电机注入无功功率可以实现发电机励磁与转矩的解耦控制。另外,新的技术方案还能在直流母线短路时,对短路电流峰值进行抑制。文中着重分析了该方案中发电机的稳态特性,首先推导了定子多绕组同步发电机的数学模型,然后通过数值计算的方法,利用一个设计好的6.7 MVA风力发电机相关参数对新的技术方案中发电机的稳态特性进行了分析。     

永磁同步直线电动机磁阻力最小化研究

根据永磁同步直线电动机磁阻力的产生机理,针对28极24槽永磁同步直线电动机,在满足直线电动机额定推力及其他技术指标的情况下,利用数学模型优化初级铁心长度,并在有限元软件中验证结果的一致性.研究表明在不同初级铁心长度下直线电动机的端部力存在一个最小值,继而进一步调整齿宽与槽宽比例,以达到磁阻力最小,该磁阻力抑制方法将改善直线电动机的伺服运动特性,尤其是低速特性.     

抑制表贴式永磁发电机齿槽转矩的极弧系数优化设计方法

本文阐述了通过优化极弧系数来抑制表贴式永磁发电机齿槽转矩的基本原理,给出了极弧系数的优化设计方法,该方法采用经验系数表示磁极边缘磁通的影响。分别以整数槽(96槽8极)和分数槽(156槽32极)两个表贴式永磁发电机方案为例,对二者的最优极弧系数进行理论预测,并应用有限元法对其进行仿真验证。研究结果表明,两种方案的最优极弧系数理论预测值与有限元仿真结果非常接近,由此表明了该方法的正确性。     

动磁式永磁直线同步电动机电磁力分析

结合永磁直线同步电动机的特点,介绍了在超大功率场合的动磁式永磁直线同步电动机的应用结构形式。利用有限元分析方法分析了电动机相关结构参数对电动机推力和齿槽力的影响,得到了齿槽力波动周期的计算方法,以及相关结构参数对电动机推力、推力波动的影响曲线和不同结构参数时的齿槽力波形,实验论证了分析结果的正确性。     

新型十二相梯形波永磁无刷直流发电机

同步电机六相双Y绕组就电机内部而言实质上由十二相30°绕组连接而成。提出永磁同步电机采用十二相梯形波相电势输出,经共阳极连接十二相零式整流电路整流构成永磁无刷直流发电机。利用槽电势星形图分析输出电压特性,得到电枢绕组的设计原则。设计一台2 kW梯形波永磁无刷直流发电机,建立发电机系统场路耦合模型,并进行有限元计算,得到整流二极管导通模态及导通电流特性。样机实验结果与理论及仿真分析一致,表明十二相梯形波永磁无刷直流发电机的整流二极管数目与六相双Y整流电路相同,输出电压脉动相当,但整流二极管平均电流降低一半。     

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.     

变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计

为了实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)的最大功率跟踪(maximum pow er point tracking,M PPT),文章设计了一款无源线性反馈控制(passivity-based linear feedback control,PBLFC)。首先,基于无源控制理论构建能量函数,通过详细分析系统各项的物理意义,保留有益系统的非线性项以改善其暂态响应特性。其次,引入线性反馈控制作为额外输入,通过能量重塑使得能量函数中的能量得以快速耗散,进而使PMSG能在快速时变风速下有效实现MPPT。此外,对闭环系统稳定性进行了深入分析,验证了闭环系统的稳定性。最后,进行了4个算例研究,即阶跃风速、随机风速、电网电压跌落和参数不确定。仿真结果表明,与矢量控制(vector control,VC)、反馈线性化控制(feedback linearization control,FLC)相比,PBLFC在各种工况下均能快速稳定地捕获最大风能,且其故障穿越(fault ride-through,FRT)和鲁棒性得到明显改善。     

直驱永磁同步风力发电机侧系统建模及仿真

为深入研究直驱永磁同步风力发电机组的高性能控制,研究了直驱永磁同步发电机侧系统构成、原理及建模方法,分析了风力机与永磁同步发电机、电压空间矢量(SVPWM)整流原理及其建模,基于双闭环PI控制搭建了机侧系统仿真模型。通过仿真与分析,证明了双闭环PI控制策略在4种不同风速下实现最大功率追踪的可行性。该系统模型的建立为机组高性能控制的研究打下基础,对于深入理解直驱永磁同步风力发电系统运行原理及推广应用具有重要意义。