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双转子永磁风力发电机研究

作　者: 王法庆
导　师: 徐衍亮
学　校: 山东大学
专　业: 电机与电器
关键词: 双转子永磁电机 等效磁路 电枢反应电感 空载气隙磁密 永磁电势 Halbach永磁电机 齿槽转矩 转矩脉动 电磁设计
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 585次
引　用: 4次
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内容摘要


风能是可再生能源，世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下，本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机，其高运行效率和特殊的电机结构，使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下：第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理，然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数，给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布，并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式，为了验证空载电势解析法的正确性，本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，针对双转子电机的特殊结构，提出了三种改善电势波形的方法，并利用解析法对其进行分析，证明了这几种措施的可行性。第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势，主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形，并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩，对于halbach磁体双转子电机，提出了三种减小转矩脉动的方法，并通过有限元分析进行了比较，证明了这几种措施的可行性。第四部分对双转子电机的设计进行了分析，提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法，最后设计制作了样机，给出了样机图片。并对样机进行试验，测量不同转速下电机的空载电势波形，电机的电势—转速曲线，电机的负载电压—电流特性曲线，并测量了电枢反应电感数值，通过对比可以得出：试验值、解析值和有限元值吻合很好。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
符号说明  9-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 课题来源及选题意义  11
  1.2 双转子电机的研究现状  11-14
  1.3 永磁风力发电机研究现状  14-15
  1.4 HALBACH 磁体结构永磁电机的研究现状  15-17
  1.5 论文主要研究内容  17
  1.6 本章小结  17-18
第二章 工作原理及参数计算  18-24
  2.1 双转子永磁电机的基本结构  18-19
  2.2 双转子电机的等效磁路  19-21
  2.3 双转子永磁电机的运行原理  21-22
  2.4 电感参数计算  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 双转子永磁电机空载感应电势  24-40
  3.1 引言  24
  3.2 解析法求解气隙磁场分布  24-34
    3.2.1 极坐标系下的拉普拉斯方程  24-25
    3.2.2 忽略齿槽时求解区域磁场计算  25-29
    3.2.3 定子表面磁场分布  29
    3.2.4 气隙相对比磁导函数的计算  29-33
    3.2.5 考虑齿槽时气隙磁场分布  33-34
  3.3 考虑齿槽时空载感应电势解析式  34-35
  3.4 有限元验证  35-37
  3.5 改善电势波动的措施  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 HALBACH 磁体结构电机  40-55
  4.1 Halbach 阵列的基本原理  40-42
  4.2 Halbach 磁体双转子电机的磁场分布  42-43
  4.3 Halbach 结构双转子电机空载感应电势分析  43-46
  4.4 槽口对 Halbach 阵列电机的影响  46-47
  4.5 双转子电机齿槽转矩分析  47-54
    4.5.1 齿槽转矩的成因  47-48
    4.5.2 双转子永磁电机齿槽转矩计算  48-52
    4.5.3 齿槽转矩的有限元分析  52-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章 双转子永磁电机设计与实验  55-65
  5.1 双转子永磁无刷直流电机设计思路  55-56
  5.2 双转子永磁无刷直流电机设计分析  56-58
    5.2.1 定子结构  56-57
    5.2.2 转子结构  57-58
    5.2.3 永磁体选择  58
  5.3 双转子永磁无刷直流电机设计流程  58-60
  5.4 双转子永磁电机试验  60-63
    5.4.1 双转子永磁电机样机图  60-61
    5.4.2 双转子样机电势测量  61-62
    5.4.3 双转子样机负载特性  62-63
    5.4.4 电机电枢反应电感测量  63
  5.5 本章小节  63-65
第六章 全文总结  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
硕士期间发表的学术论文及科研成果  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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