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《东南大学》 2015年
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双C型定子聚磁式转子横向磁通永磁风力发电机研究

贾周  
【摘要】:横向磁通永磁电机(Transverse Flux Permanent Magnet Machine, TFPMM)的转矩密度和效率比传统永磁电机高,因此适用于低速大转矩的风力发电场合。TFPMM的出现解决了传统径向磁通和轴向磁通电机定子齿与电枢槽在同一平面内的增大磁通量与增大绕组电流之间的矛盾,已成为电机设计和相关研究的热点。本课题在深入研究现有结构TFPMM的基础上采用一个电枢整合两组C型定子铁心,创造性提出双C型定子聚磁式转子横向磁通永磁风力发电机(Double-C Stator Flux Concentrated Rotor Transverse Flux Permanent Magnet Generator, DSFCR-TFPMG)。该电机结构更加紧凑,永磁体和硅钢叠片都得到了充分利用,永磁磁链显著增加,发电机整体空间利用率更高。聚磁式转子结构的引入提升了发电机气隙磁密和功率密度,因此更适合低速直驱风力发电领域。TFPMM的电路与磁路是解耦的,可自由设置线圈截面积、铁心尺寸和磁极对数,从而有效利用材料和空间,显著提高电机功率密度和转矩密度。本课题研究目的是建立DSFCR-TFPMG基本理论和分析、设计方法,并在此基础上研制样机从而对理论分析进行验证,为TFPMM的发展及应用开发积累经验。研究工作取得了一定突破和进展,可为更大型风力发电机的开发研制提供完整的数学模型和实验数据,促进了新型特种电机的理论发展和更广泛的工程应用。对新结构DSFCR-TFPMG的结构特点、结构尺寸、运行原理及电磁参数进行了详细描述。采用3-D FEM技术对DSFCR-TFPMG空载与负载时磁场分布特点及磁密、反电动势和电枢电感等参数进行了分析,归纳了电机各参数间数学关系并总结了部分设计规律。推导出DSFCR-TFPMG数学模型,对DSFCR-TFPMG的电磁计算和尺寸优化等关键技术进行研究。探讨了新型电机的优化策略,总结了TFPMG特有的设计规律和研究方法。研制了单相与三相DSFCR-TFPMG样机并进行了实验,实验结果验证了样机设计方法的正确性。以提高电机转矩密度、功率因数、减少电机齿槽转矩为目标对该电机参数进行优化,从而提高了电机各项性能。建立实验室条件下用感应电机模拟风力机的模型,并仿真实现了MPPTo对风力发电并网系统尤其是双馈式和直驱式进行阐述。对基于DSFCR-TFPMG的软开关逆变并网进行仿真研究,探索该新型电机运用于直驱式并网的可行性与有效性。通过对软开关逆变电路的整体控制提高系统效率,保证并网系统稳定运行。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM315

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【参考文献】
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