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磁悬浮风力发电机转子系统的研究

作　者: 李鹏
导　师: 肖林京
学　校: 山东科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风力发电机磁悬浮主动磁轴承结构分析有限元法功率损耗
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

伴随着煤炭、石油等化石燃料的快速消耗和低碳产业的持续发展,风力发电作为一种可再生的清洁能源,受到了世界的广泛关注。针对传统机械轴承支承的风力发电机起动风速和摩擦功耗大的问题,采用磁悬浮轴承代替传统的机械轴承,从而有效地降低起动力矩和起动风速,增加年可发电小时数,提高风电利用率。通过对磁悬浮风力发电机常用的几种磁悬浮支承类型的对比分析,确定采用全主动磁悬浮支承技术,并对磁悬浮轴承的结构选型及磁悬浮轴承系统的总体结构进行分析。推导了径向和轴向磁轴承磁场和磁力的解析表达式,采用有限元方法对径向磁轴承和轴向磁轴承的电磁特性进行仿真,分析了其磁力线分布、电磁耦合和漏磁等特性,并从气隙磁感应强度和电磁力两个方面进行有限元求解,然后将解值与传统解析解进行对比分析,得到气隙磁感应强度和电磁力随控制电流的变化规律,为后续磁轴承的结构设计和控制系统的研究奠定了基础。建立了磁悬浮转子系统的力学模型,根据所建力学模型,分析了磁悬浮风力发电机转子所受的静态和动态载荷,确定了前、后径向磁轴承和轴向磁轴承所需承载力的大小。在此基础上对前、后径向磁轴承和轴向磁轴承进行了详细的结构分析和电磁计算,包括定、转子的结构分析,绕组线圈的设计计算等。最后对径向和轴向磁轴承的功率损耗进行了估算,并完成了线圈温升校核和其他参数的计算。本论文研究的出发点是以风力发电为基础的新能源技术研究,具有很好的应用前景。但磁悬浮风力发电机的研究只处于起步阶段,由于本人学识和研究时间的限制,本文只是从理论分析上就磁悬浮风力发电机转子进行了一部分的研究,因此对磁悬浮风力发电机的研究还不很全面,在这个领域还有许多问题需要深入研究与完善。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-22
  1.1 论文的研究背景  12-13
  1.2 磁悬浮轴承的分类  13-16
  1.3 研究现状及前景分析  16-21
  1.4 论文的研究内容  21-22
2 风力发电机转子结构的分析  22-28
  2.1 风力发电机的主要组成  22-24
  2.2 风力发电机的载荷分析  24-25
  2.3 传统小型风力发电机的转子结构  25-26
  2.4 磁悬浮风力发电机的转子结构  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 磁悬浮系统总体方案  28-39
  3.1 磁悬浮支承类型的选择  28-30
  3.2 磁悬浮系统总体方案  30-34
  3.3 磁轴承结构型式的选择  34-37
  3.4 保护轴承  37-38
  3.5 本章小结  38-39
4 磁轴承电磁特性的有限元分析  39-66
  4.1 电磁场的基本理论  39-41
  4.2 磁悬浮力的解析计算  41-46
  4.3 有限元方法概述  46-49
  4.4 径向磁轴承电磁特性的有限元分析  49-57
  4.5 轴向磁轴承电磁特性的有限元分析  57-64
  4.6 本章小结  64-66
5 磁轴承结构分析和电磁计算  66-84
  5.1 磁性材料及特性  66-69
  5.2 径向磁轴承的结构分析和电磁计算  69-77
  5.3 轴向磁轴承的结构分析和电磁计算  77-83
  5.4 本章小结  83-84
6 磁轴承的功耗分析和温升校核  84-89
  6.1 磁轴承的功耗分析  84-85
  6.2 磁轴承的温升校核  85-88
  6.3 本章小结  88-89
7 结论与展望  89-91
  7.1 主要结论  89-90
  7.2 工作展望  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-96
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况  96

磁悬浮风力发电机转子系统的研究

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