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风力发电用无刷双馈电机的设计和仿真研究

刘宪栩  
【摘要】:随着我国经济的高速发展,电力供需矛盾日趋突出。高效、清洁、多样的风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实选择。因此,发展适用于风力发电的特殊发电机越来越受到关注。无刷双馈电机与其它电机相比具有明显的优势:通过调节控制励磁侧的频率可以实现变速恒频发电;结构简单,坚固可靠,比较适合风力发电等运行环境比较恶劣的发电系统。在变速运行时所要求的变频装置容量小,降低了系统的成本;与有刷系统相比,取消了电刷和滑环,提高了系统的可靠性;因此,研究发展适合风力发电用的无刷双馈电机,具有重要的理论意义和实用价值。 本文以类鼠笼转子结构的无刷双馈电机作为研究对象,分析了无刷双馈电机的工作原理,利用ANSOFT电磁场分析软件,从磁场角度分析了无刷双馈电机的“极调制理论”。在传统交流电机的设计原理和原则的基础上,根据无刷双馈电机的特点,通过有限元分析对目前的类鼠笼式转子结构提出了优化设计方案,以(3+1)对极的类鼠笼式无刷双馈电机为例,对一台20kw电机进行电磁设计,并使用电机设计软件RMxprt验证电机设计尺寸的合理性;为了获得能反映实际情况的电机参数,分别采用绕组函数法、能量分析法、场路耦合法,以20kw(3+1)对极的类鼠笼式无刷双馈电机为例,对电感参数进行了计算和比较分析,获得了较为精确的电机参数。 针对发电运行的特点,采用发电机惯例,通过坐标变换推导了适合风力发电运行的电机dq转子速模型,利用Matlab软件,仿真研究无刷双馈电机在异步起动,亚同步、超同步,发电不同运行状态下的特性,进一步揭示无刷双馈电机的运行特性,验证了电机模型和参数的准确性,为后续工作打下坚实的基础。


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