低速永磁同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及特性分析.pdf

1、隨著人類社會(huì)對(duì)能源需求的增大和環(huán)境污染的嚴(yán)重，以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電等可再生能源發(fā)電形式越來越受到人們的重視。永磁同步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電中都起到將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的作用。風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電的特點(diǎn)決定了永磁同步發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行在低速狀態(tài)。因此，研究低速永磁同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性對(duì)提高可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性具有重要作用。
　　低速永磁同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的永磁同步發(fā)電機(jī)相比具有低電壓、大電流

2、、高轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)，但體積大、效率低、成本高、電壓調(diào)整率高、dq模型精度低等缺點(diǎn)限制了低速永磁同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用。本文根據(jù)低速永磁同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)低速永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、主要性能參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了深入的研究，在傳統(tǒng)電機(jī)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上提出了低速永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方法。在該方法中，通過對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組理論的研究，提出了分?jǐn)?shù)槽集中繞組的最佳槽極數(shù)配合，低速永磁同步發(fā)電機(jī)通過對(duì)最佳槽極數(shù)的選擇可以有效的降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、提高繞組系數(shù)，從而有利于電

3、機(jī)的啟動(dòng)，提高電機(jī)效率，降低電機(jī)成本。
　　在傳統(tǒng)的永磁電機(jī)電磁計(jì)算方法中，需要利用等效磁路法計(jì)算公式對(duì)電機(jī)的主要尺寸、性能參數(shù)、損耗、效率不斷的反復(fù)計(jì)算，這大大增加了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)周期。本文首先利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)電機(jī)尺寸和電感等主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果送入軟件RMxprt中，通過軟件可以快速的對(duì)電機(jī)方案進(jìn)行性能計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，這可以減小電機(jī)的設(shè)計(jì)周期，提高電機(jī)的設(shè)計(jì)效率。
　　本文以設(shè)計(jì)20kW低速永磁同步發(fā)電機(jī)

4、為例，根據(jù)低速永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合RMxprt軟件設(shè)計(jì)樣機(jī)，并且采用二維有限元分析對(duì)樣機(jī)在不同工況下的工作特性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明樣機(jī)的電壓、電流和功率等均滿足系統(tǒng)要求，磁密、銅耗、鐵損均在合理范圍內(nèi)。最后本文將設(shè)計(jì)的低速永磁同步發(fā)電機(jī)樣機(jī)運(yùn)用到三相電壓型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過Matlab對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，詳細(xì)分析比較了系統(tǒng)在不同風(fēng)速下的運(yùn)行性能，得到電機(jī)在不同風(fēng)速的輸出功率和效率圖，驗(yàn)證了低速永磁同步發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中可