风力发电机磁轴承参数设计及控制系统研究

为减小风力发电机的机械摩擦及减少其维护成本,降低风力发电机启动风速,减小旋转阻力矩,提高风能利用率,在垂直轴风力发电机中采用混合轴承支承,即风力发电机径向采用1个径向磁轴承和1个机械轴承支承,轴向采用一个轴向磁轴承来实现五自由度支承。针对轴向磁轴承,首先介绍了其结构及工作原理,然后采用等效磁路法建立数学模型,并按性能指标要求进行参数设计,然后用Ansoft软件对轴向磁轴承磁场及受力等进行分析验证,设计了轴向磁轴承控制系统,并用Matlab软件对磁轴承的控制系统进行了阶跃响应、起浮和扰动等仿真研究。研究结果表明:参数设计合理,控制系统够实现磁轴承可靠及稳定的悬浮。     

立式风力发电机用永磁轴承的设计及其力学性能研究北大核心

为降低风力发电机的启动风速,从支承技术角度对1 k W立式风力发电机用永磁轴承结构设计及其力学性能进行了研究。对设计的永磁轴承进行了加工和装配,通过加载试验验证了理论分析的准确性,探索了永磁轴承的工业应用。结果表明:该轴承扩大了适应风场的区域,永磁轴承支承的风力发电机的转速及发电量明显高于滚动轴承支承的风力发电机。     

立式风力发电机用永磁轴承的设计及其力学性能研究

为降低风力发电机的启动风速,从支承技术角度对1 k W立式风力发电机用永磁轴承结构设计及其力学性能进行了研究。对设计的永磁轴承进行了加工和装配,通过加载试验验证了理论分析的准确性,探索了永磁轴承的工业应用。结果表明:该轴承扩大了适应风场的区域,永磁轴承支承的风力发电机的转速及发电量明显高于滚动轴承支承的风力发电机。     

直驱风力发电机径向-轴向混合磁轴承设计及分析

为解决或降低传统直驱风力发电机系统的机械摩擦问题,以有效提高风能利用率,提出直驱风力发电机采用机械轴承和磁悬浮轴承集成支承技术,即采用机械轴承和径向-轴向三自由度混合磁轴承实现直驱风力发电机的集成支承。针对径向-轴向三自由度混合磁轴承,采用等效磁路法进行数学建模,并利用有限元分析软件对其进行参数设计与机理分析。在此基础上,构建了径向-轴向三自由度磁轴承试验平台,试验结果证明设计的径向-轴向三自由度磁轴承能够实现稳定悬浮。     

磁悬浮风力发电机转子系统的研究

针对传统机械辐承支撑的风力发电机起动阻力和起动风速大的问题,设计了一种磁悬浮转子系统,径向和轴向均采用主动磁悬浮轴承支撑,有效地降低了风力发电机的摩擦功耗.通过分析风力发电机所受主要载荷确定了磁轴承承载力的大小,完成了磁悬浮轴承及其相关部件的各项结构和安装设计,为控制系统的研究奠定了基础.     

永磁力轴承在水平轴小型风力发电机中的应用

对水平轴小型风力发电机的工况进行了分析,利用贝兹理论计算了主轴载荷,给出一种用于水平轴小型风力发电机中主轴永磁力轴承的支承方案,完成了永磁力轴承数学模型的建立与结构的设计,并利用ANSYS软件计算得出永磁力轴承径向力与轴向偏心位移之间的关系曲线.     

永磁直驱风力发电机结构发展研究

直驱式永磁风力发电机具有高功率密度、高效率、高可靠性、低维护成本和电网兼容性好、低电压穿越能力强等优点而成为最具发展前景的风力发电解决方案。介绍了径向磁通、轴向磁通以及横向磁通电机的结构电机的特点以及应用情况,针对目前市场的主流径向磁通永磁风力发电机,综合考虑电机的轴承支撑方式、冷却方式以及内外转子结构,将其分成四种结构,并对每种结构形式的特点加以详细的分析和介绍,并指出各种结构电机的优缺点,对永磁风力发电机结构的发展趋势进行了阐述。     

基于运行数据的风力发电机选型研究

高海拔、低风速区域风能的规模开发具有重要的商业价值，选择能够更好地适应高海拔、低风速环境的风力发电机，可以有效地提升风电场的综合效益。基于运行数据对青藏高原柴达木盆地H风电场的2种不同类型的风力发电机进行分析比较，对2种类型风力发电机的基本参数、功率曲线、发电量及故障数据进行统计分析，得出在青藏高原高海拔、低风速区域以G型风机为代表的直接驱动型外转子永磁同步发电机的综合性能优于以X型风机为代表的齿轮驱动型内转子永磁同步发电机，为该地区高海拔、低风速环境下的机组选型提供一定的参考。     

新型双转子永磁风力发电机的理论研究

是对新型双转子永磁风力发电机的理论研究。通过对双转子电机的结构化创新,及其运行机理的分析,提出一种在风力发电方面具有明显优势的双转子永磁风力发电机。该新型风力发电机能够大大降低启动风速,加宽了极限工作风速范围,提高了风能利用率。文章通过对风力机数学模型的分析还介绍了基于最佳叶尖速比的最大功率点跟踪控制模式,并对电机永磁体的选择进行了比较分析。最后,文章提出了该新型风力发电机目前存在的不足及改进方向。     

扑翼式风力发电机机构设计与分析

与传统风力发电机相比而言,仿生扑翼风力发电机具备噪音低,启动风速低,环境影响小和风能捕捉效率高等长处。基于仿生学原理,设计了一款往复振荡式扑翼风力发电机样机,并采用理论分析和数值计算相结合的方法,分析了该样机所产生的升力,阻力和输出力矩之间的关系。结果表明:所研制的样机在一个运动周期内输出正的力矩均值,可有效的将扑翼的往复直线运动转化为发电马达的旋转运动。     

低速高效垂直轴风力发电机及其特性分析

针对低风速区风力发电机需要低风速切入问题,研究了一种低速高效的定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机。对影响发电机性能的关键参数对进行了归纳,提出了一种单层非重叠集中绕组和优选"切饼"型磁极组合的设计理念。确定了定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机性能分析参数方案。利用三维有限元发电机设计平台,对发电机的空载输出特性,交、直流负载输出特性和不同转速下的负载输出特性进行了对比研究。研究结果表明,该结构发电机的各项基本电磁参数和输出特性均能满足低速风力发电系统的特殊要求:优选的磁极结构使发电机总永磁体耗用量节约11.5%,发电机最大输出效率达87.75%;低转速范围运行时,效率维持在85%以上;不同工况下输出电能总谐波畸变率低于3%。     

Permanent Magnetic Bearing for Spacecraft Applications

A passive permanent magnetic bearing rig prototype was designed and constructed. The suspension of the rotor was provided by two sets of radial permanent magnetic bearings operating in the repulsive mode. The axial support was provided by jewel bearings on both ends of the rotor. Preliminary testing led to successful operation of the bearing prototype to speeds of 5500 rpm using an air impeller. Radial and axial stiffnesses of the permanent magnetic bearings were experimentally measured and then compared to finite element results. The natural damping of the rotor was measured and a damping coefficient was calculated.     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

永磁直驱风力发电机的单位功率因数控制

伴随着大功率半导体器件的快速发展,直驱风力发电在高功率密度以及可靠性等方面显示出了其重要优势,成为变速恒频风力发电的重要趋势之一.在开发2 MW大功率双PWM永磁直驱风力发电变流器的过程中,深入研究了机侧变流器的控制.在机侧变换器变换功率指令给定条件下,分析了永磁发电机的负载单位功率因数控制问题,提出了增加约束方程以确定电机端电压的稳定控制方案.通过仿真实验,验证了所提方案的可行性,目前正应用于原型机的试验验证.     

Spindle position regulation for wind power generators

The three-time-scale plant model of a wind power generator, including a wind turbine, a flexible vertical shaft, a variable inertia flywheel (VIF) module, an active magnetic bearing (AMB) unit and the applied wind sequence, is constructed. In order to make the wind power generator be still able to operate as the spindle speed exceeds its rated speed, the VIF is equipped so that the spindle speed can be appropriately slowed down once any stronger wind field is exerted. Currently, most of wind energy input is, as a matter of fact, a waste since the commercially available wind power generators only operate for fairly mild or low-speed wind field. To prevent any potential damage due to collision by shaft against conventional bearings, the AMB unit is proposed to replace the traditional bearings and regulate the shaft position deviation. By singular perturbation order-reduction technique, a lower-order plant model can be established for the synthesis of feedback controller. It is found that two major system parameter uncertainties, an additive uncertainty and a multiplicative uncertainty, are constituted by the wind turbine and the VIF, respectively. The upper bounds of system parameters variation can be therefore estimated and the frequency shaping sliding mode control (FSSMC) loop is proposed to account for these uncertainties and suppress the unmodeled higher-order plant dynamics. At last, the efficacy of the FSSMC is verified by intensive computer and experimental simulations for regulation on position deviation of the shaft and counter-balance of unpredictable wind disturbance.     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

汽车用钕铁硼永磁发电机的稳压研究

通过对汽车用钕铁硼永磁发电机稳压原理的研究，采用高磁性钕铁硼永磁材料和新的电子技术，以及对发电机绕组的创新设计，使发电机输出电压稳定的直流电，解决了汽车低速照明问题和用电设施需用直流电的问题。     

接触角对风电轴承疲劳寿命的影响

风力发电机偏航轴承结构参数复杂,工作条件特殊,笔者通过仿真确定偏航轴承优化的结构参数,使此种轴承的疲劳寿命长,减少轴承在风场中的维修次数;采用有限元分析方法,建立了风电偏航轴承的三维有限元仿真模型,应用典型的联合载荷和边界条件,对各种不同接触角的轴承模型进行疲劳寿命分析,得出了轴承承载过程中的疲劳安全因子、疲劳寿命的相...     

PRINCIPLES AND PARAMETER DESIGN FOR AC-DC THREE-DEGREE FREEDOM HYBRID MAGNETIC BEARINGS

To simplify the mechanical structure, decrease the overall system size of the 3-degree freedom axial-radial magnetic bearings and reduce the manufacturing costs as well as operating costs, an innovated AC-DC 3-degree freedom hybrid magnetic bearing is proposed, which is driven by a DC amplifier in axial direction and a 3-phase power converter in radial directions respectively, and the axial and radial bias magnetic fluxes are provided with a common radial polarized permanent magnet ring. The principle producing magnetic suspension forces is introduced. By using equivalent magnetic circuit method, the calculation formulas of magnetic suspension forces and the mathematics models of the system are deduced. Nonlinearities of suspension forces and cross coupling between different degree freedoms are studied further by calculating the suspension forces at different displacements and control currents to validate the feasibility of the mathematics model. Then based on the mathematics models of the bearing, a control method of this novel bearing is designed. Lastly, the methods on parameter design and calculations of the bearing are presented, and an applicable prototype is simulated to analyze the magnetic path by using finite element analysis. The theory analysis and simulation results have shown that this magnetic bearing incorporates the merits of 3-phase AC drive, permanent magnet flux biased and axial-radial combined control, and reduces overall system size and has higher efficiency and lower cost. This innovated magnetic bearing has a wide application in super-speed and super-precision numerical control machine tools, bearingless motors, high-speed flywheels, satellites, etc.