雙C型定子聚磁式轉(zhuǎn)子橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究.pdf

1、橫向磁通永磁電機(jī)（Transverse Flux Permanent Magnet Machine，TFPMM）的轉(zhuǎn)矩密度和效率比傳統(tǒng)永磁電機(jī)高，因此適用于低速大轉(zhuǎn)矩的風(fēng)力發(fā)電場合。TFPMM的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)徑向磁通和軸向磁通電機(jī)定子齒與電樞槽在同一平面內(nèi)的增大磁通量與增大繞組電流之間的矛盾，已成為電機(jī)設(shè)計和相關(guān)研究的熱點。
　　本課題在深入研究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)TFPMM的基礎(chǔ)上采用一個電樞整合兩組C型定子鐵心，創(chuàng)造性提出雙C型定子聚磁式

2、轉(zhuǎn)子橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Double-C Stator Flux Concentrated RotorTransverse Flux Permanent Magnet Generator，DSFCR-TFPMG)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，永磁體和硅鋼疊片都得到了充分利用，永磁磁鏈顯著增加，發(fā)電機(jī)整體空間利用率更高。聚磁式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的引入提升了發(fā)電機(jī)氣隙磁密和功率密度，因此更適合低速直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。
　　TFPMM的電路與磁路是解耦

3、的，可自由設(shè)置線圈截面積、鐵心尺寸和磁極對數(shù)，從而有效利用材料和空間，顯著提高電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。本課題研究目的是建立DSFCR-TFPMG基本理論和分析、設(shè)計方法，并在此基礎(chǔ)上研制樣機(jī)從而對理論分析進(jìn)行驗證，為TFPMM的發(fā)展及應(yīng)用開發(fā)積累經(jīng)驗。研究工作取得了一定突破和進(jìn)展，可為更大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開發(fā)研制提供完整的數(shù)學(xué)模型和實驗數(shù)據(jù)，促進(jìn)了新型特種電機(jī)的理論發(fā)展和更廣泛的工程應(yīng)用。
　　對新結(jié)構(gòu)DSFCR-TFPMG的結(jié)構(gòu)特

4、點、結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)行原理及電磁參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述。采用3-D FEM技術(shù)對DSFCR-TFPMG空載與負(fù)載時磁場分布特點及磁密、反電動勢和電樞電感等參數(shù)進(jìn)行了分析，歸納了電機(jī)各參數(shù)間數(shù)學(xué)關(guān)系并總結(jié)了部分設(shè)計規(guī)律。
　　推導(dǎo)出DSFCR-TFPMG數(shù)學(xué)模型，對DSFCR-TFPMG的電磁計算和尺寸優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。探討了新型電機(jī)的優(yōu)化策略，總結(jié)了TFPMG特有的設(shè)計規(guī)律和研究方法。研制了單相與三相DSFCR-TFPMG樣機(jī)并進(jìn)行

5、了實驗，實驗結(jié)果驗證了樣機(jī)設(shè)計方法的正確性。以提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度、功率因數(shù)、減少電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)對該電機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高了電機(jī)各項性能。
　　建立實驗室條件下用感應(yīng)電機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)的模型，并仿真實現(xiàn)了MPPT。對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)尤其是雙饋式和直驅(qū)式進(jìn)行闡述。對基于DSFCR-TFPMG的軟開關(guān)逆變并網(wǎng)進(jìn)行仿真研究，探索該新型電機(jī)運(yùn)用于直驅(qū)式并網(wǎng)的可行性與有效性。通過對軟開關(guān)逆變電路的整體控制提高系統(tǒng)效率，保證并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。