离网型小功率直驱永磁同步风力发电机设计与有限元仿真

针对离网型小功率直驱永磁同步风力发电机的特点,研制了一台城市路灯用2 kVA小功率直驱永磁同步风力发电机;结合电磁场软件MagNet,利用二维有限元法计算出电机的空载气隙磁密、反电势、齿槽转矩,以及带额定负载运行时的电磁转矩、电磁功率、输出电压;最后,通过样机实验,对研制样机的设计值与实测值进行了比较,结果表明,所研制的2 kVA永磁同步风力发电机性能完全满足设计指标要求。     

13.2 MW海上超导直驱风力发电机设计

超导电机技术为减小大型直驱风力发电机体积、质量和成本提供了一种有效途径。提出了一种海上超导直驱风力发电机系统,其定子采用低温超导线圈产生励磁磁场,转子为常规的铜制电枢绕组。首先介绍了该电机的主要参数以及拓扑结构的选择,并分析了超导电机电磁设计过程中所需考虑的关键问题;之后介绍了超导电机的定转子设计方案,包括电磁设计、机械结构、转子风冷系统、超导定子的低温系统以及制冷系统等;最后估算了所设计超导电机的质量以及成本,并与相同功率等级的永磁直驱风力发电机进行了对比,结果表明所设计的超导电机的质量比永磁直驱风力发电机质量减轻约46%,而其初始材料成本仅为永磁直驱电机的71%。     

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。     

半直驱永磁风力发电机多相绕组结构设计及性能分析

以2 MW、六相半直驱永磁风力发电机为例,阐述了多相电机相数的定义及其绕组结构,基于场路耦合法,构建了多相半直驱永磁风力发电机的有限元模型,分析了半直驱永磁风力发电机的动态性能及在缺相情况下的运行特性,在此基础上,对比了直驱与半直驱永磁风力发电机性能。仿真表明,采用该方法设计的多相半直驱永磁风力发电机是可行的,可靠性较高。     

1.5MW直驱永磁风力发电机性能研究

分析了极数、槽数和相数对直驱永磁风力发电机性能的影响,以及减小齿槽转矩和提高输出功率的极、槽配合和极弧系数的选取方法。运用等效电路模型设计额定功率为1.5 MW、78极324槽的直驱永磁风力发电机,基于ANSOFT有限元法,研究了直驱永磁风力发电机在额定、短路情况下的运行特点,并进行了发电机运行特性理论分析和实验研究,通过仿真和实验验证了所设计直驱永磁电机的可行性和实用性。     

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。     

高压直驱永磁风力发电机电磁设计

以高压直驱永磁风力发电机为研究对象,参照Windformer的设计,在传统永磁同步风力发电机的基础上,采用XLPE高压电缆作为定子绕组,进行1.5 MW/10.5 k V内转子新型高压直驱永磁风力发电机电磁设计,在Ansoft Maxwell环境下建立二维模型,对其空载情况下静态电磁场进行仿真,得到发电机内部各部件空载时电磁场分布情况。分析仿真结果,并与传统直驱永磁风力发电机空载电磁场分布进行对比,可证明该高压直驱永磁风力发电机电磁设计方案能够达到设计的主要要求。     

新型无铁心永磁直驱风力发电机

针对传统永磁直驱风力发电机结构重量大、齿槽转矩严重、定转子之间存在电磁吸力并存在铁心损耗等问题,采用Maxwell2D软件,优化了传统永磁直驱风力发电机的极数、磁钢宽度和厚度.在转子直径不变的情况下,对定、转子材料不同的三种永磁直驱风力发电机进行了建模和仿真,比较分析了这三种发电机的优缺点,提出了新型无铁心永磁直驱风力发电机.仿真和计算结果表明:加入Halbach列后的新型无铁心永磁直驱风力发电机是一种重量较轻、气隙磁密相对较高的电机.     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

直驱永磁风力发电机定子槽楔受力分析

应用电磁场有限元软件建立了直驱永磁风力发电机有限元仿真分析模型。通过对直驱永磁风力发电机定子绕组线圈导体在额定工况和三相突然短路情况下所受电磁力分析,对定子非磁性槽楔受力进行了计算。根据计算分析结果减少了非磁性槽楔用量,提出了电机设计建议,具有较高的工程实用价值和参考意义。在保证电机质量可靠性的前提下,提出了减少定子槽楔数量的节材建议,可以降低直驱永磁风力发电机的材料成本,为企业创造较大的经济效益,进一步提高风力发电机产品的市场竞争力。     

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。     

一种新型组合式横磁通永磁风力发电机

在研究现有横磁通永磁电机结构的基础上,提出一种新型横磁通永磁风力发电机设计,其高转矩密度、低速、无刷化的特点非常适宜在直驱式风力发电系统应用。发电机整体由多模块组合而成,每个模块采用组合式定子结构可以降低加工难度,聚磁式转子设计显著提高了每极磁通。该电机各相之间实现了电磁和结构的双重解耦,设计自由度大,在综合考虑转矩密度和漏磁比例的基础上确定了电机的主要尺寸。通过三维有限元法进行了样机的磁场分析和性能计算,研究表明横磁通永磁发电机的输出电压调整率比传统永磁同步发电机小,输出电压的稳定度高。样机实验与计算结果基本吻合,验证了设计方法的正确性。     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

10MW多相分瓣永磁直驱风力发电机设计研究

海上风力发电是未来风力发电的主要方向,直驱永磁同步发电机相对于中速、高速风力发电机结构简单,便于维护,缺点是随着电机容量增大,体积增大给设备安装和运输带来不便,大容量直驱永磁同步发电机轻量化、模块化设计将是本文主要研究方向。与传统发电机相比,多相永磁发电机可靠性强,容错性高,转矩波动小,功率密度高,因此本文基于模块化设计理念以及多相发电机的电磁设计理论,提出了一种分瓣、六相永磁直驱风力发电机设计方案。基于有限元分析,对不同槽极配合的发电机的齿槽转矩和反电势进行对比分析,确定合适的电机极槽比设计方案,同时基于场路耦合分析,对永磁同步电机的负载及永磁体在极端工作情况下的退磁进行研究,基于以上分析计算,得出一种六相10MW外转子永磁直驱发电机设计方法,并证明了该方案的可行性和有效性。     

极槽匹配对直驱式永磁风力发电机性能的影响

直驱式永磁风力发电机具有高效率、运行可靠和结构简单等优点,如何通过适当选择定子槽数及极数来改善发电机的性能、降低成本,是直驱式永磁风力发电机设计的一个重要问题。本文以输出功率为1.5MW的直驱式永磁风力发电机为例,根据风力发电系统中永磁发电机低转速、多极数、大体积的特点,基于场路耦合有限元法对风力发电机的性能进行分析。在发电机体积相同的情况下,比较和分析了定子槽数和极数对永磁风力发电机的性能的影响。     

我国首台1.2兆瓦风力发电机研制成功

我国首台具有自主知识产权的1.2MW（兆瓦）永磁直驱风力发电机在哈电机电工业有限责任公司正式研制成功并发车。该发电机将安装在黑龙江省穆棱县风场。这台1.2MW直驱式变速恒频永磁风力发电机由哈电机电工业有限责任公司历时8年研制成功，发电机的设计是在总结中小水轮发电机和交直流电机制造经验的基础上．吸收了国内外风电技术，具有其独特性。     

直驱永磁同步风力发电机空载短路分析

利用ANSOFT电磁场软件,建立了基于Maxwell的直驱永磁风力发电机二维瞬态有限元模型,对MW级直驱永磁风力发电机进行了空载性能和各种突然短路分析。通过理论分析和仿真结果验证,得到了各种故障工况下所能得到的最大电枢电流和获得最大电枢电流的初始条件,为永磁电机设计永磁体工作点的确定提供了理论依据。     

交替极永磁风力发电机的设计与分析

为改善传统异步风力发电系统的性能并降低传统直驱风力发电机的生产制造成本,提出一种交替极永磁风力发电机。该电机转子采用永磁极和铁心极交替排布的结构,定子采用分数槽集中绕组。通过解析计算和有限元仿真分析可知,该电机的磁通分布合理,反电势波形畸变率较低。相比于传统永磁发电机,所提出的设计方案磁钢用量更少,漏磁更低,功率输出更强,因而更适合风力发电应用。     

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.     

专利快讯

正专利名称:一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机专利申请号:CN201520978798.7公开号:CN205377308U申请日:2015.12.01公开日:2016.07.06申请人:广西电网有限责任公司电力科学研究院本实用新型提供一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机,其特征在于,永磁直驱同步风力发电机包括风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统,所述风力机与所述永磁直驱同步发电机的转子相连,所述永磁直驱同步发电机的