| 毕业设计 小型永磁无刷直流风力发电机设计理论 摘要： 风能是可再生能源,世界各国越来越重视风能的开发和利用.小型风力发电系统的应用在中国已经相当普遍,目前依然有很大的应用前景.该文针对小型风力发电系统所用的发电机,提出了一种新型结构的永磁无刷直流风力发电机.文中对小型风力发电机的设计理论、方法做了探讨.对风力发电机的额定数据、电磁负荷的选取,定转子结构的设计等做了定性分析;据此研制了一台新型结构的永磁无刷直流风力发电机.经实验验证,发电机的性能优良,达到了设计要求.对于无刷直流风力发电机的工作原理,该文做了论述.以分析电枢绕组电势为基础,依据多相整流理论分析了发电机的电压波形、空载电势计算以及二极管断路和短路两种故障工况下的电压波形.计算了二极管工作电流和所承受的最大反向电压,以此作为选用二极管的依据.为了计算电机磁路设计中所关心的一些参数,文中采用有限元计算软件Ansoft Maxwell对无刷直流发电机进行了静态场计算;讨论了极弧系数、漏磁系数、气隙系数等几个重要参数的计算.采用Ansoft Empulse软件对无刷直流风力发电机进行了仿真研究,重点分析了磁性槽楔、永磁材料、转子结构等对发电机性能的影响.此外还仿真研究了二极管断路,短路两种故障工况;仿真研究了二极管的开通截止过程.小型风力发电机提出了起动阻力矩的概念,该文对起动阻力矩进行了定性分析和定量计算.对永磁风力发电机起动阻力矩的主要成分——齿槽转矩的计算方法做了探讨,采用有限元法和公式法分别计算了文中所设计的永磁无刷直流发电机的齿槽转矩.最后对无刷直流风力发电机进行了实验研究,进一步验证了文中所采用的设计、分析方法的正确性. 分 类 号：TM614;TM351 关 键 词：风力发电机;永磁;无刷直流;有限元;齿槽转矩 目录 文摘 英文文摘 第1章绪论 1.1风力发电概述 1.1.1世界风力发电现状及展望 1.1.2我国风力发电的发展特点 1.1.3小型风力发电系统在我国的应用前景 1.2课题的提出和研究意义 1.2.1课题的提出 1.2.2国内外研究现状 1.2.3本文主要研究内容 第2章无刷直流风力发电机设计理论及方法分析 2.1小型风力发电机设计分析 2.1.1主要技术要求 2.1.2电磁负荷的选择 2.1.3定子结构 2.1.4转子结构 2.1.5发电机输出特性 2.2无刷直流风力发电机的设计 2.2.1发电机主要性能指标 2.2.2主要尺寸的选择 2.2.3电磁负荷的选择 2.2.4转子结构和磁钢的选择 2.2.5定子结构的设计 2.2.5绕组和换向装置的设计 第3章无刷直流风力发电机工作机理及故障分析 3.1普通直流发电机的工作机理 3.2无刷发电机的工作原理 3.3无刷风力发电机的换向分析 3.3.1绕组电势的叠加 3.3.2二极管导通截止的规律 3.3.3整流换向分析 3.3.4二极管实际导通截止状态分析 3.3.5二极管的选择 3.4无刷直流风力发电机的空载电势计算 3.5无刷直流风力发电机故障状态分析 3.5.1换向二极管断路状态分析 3.5.2换向二极管短路状态分析 第4章无刷直流风力发电机电磁场数值计算及仿真分析 4.1电机电磁场分析初步 4.1.1电机内的电磁场 4.1.2电磁场求解方法 4.2电磁场有限元法基本原理 4.2.1有限元法实施步骤 4.2.2边界条件的确定 4.2.3有限元计算软件 4.3无刷直流发电机基于Ansoft静态场求解 4.3.1前处理 4.3.2运行计算 4.3.3后处理 4.4电机中主要参数的电磁场求解 4.4.1漏磁系数的计算 4.4.2极弧系数的计算 4.4.3气隙系数的计算 4.5利用Empulse软件对发电机仿真分析 4.5.1 Empulse简介 4.5.2运动边界法 4.5.3仿真过程 4.5.4相关仿真研究 第5章起动阻力转矩的分析与计算 5.1研究风力发电机起动阻力矩的意义 5.2齿槽转矩的成因及其分析 5.2.1齿槽转矩成因 5.2.2齿槽转矩定性分析 5.3齿槽转矩的计算方法 5.3.1磁路计算方法 5.3.2二维电磁场有限元计算方法 5.3.3 3D有限元法 5.4无刷直流发电机的齿槽转矩计算 5.4.1二维有限元法 5.4.2磁路法 5.5减少齿槽转矩的有效方法 第6章无刷直流风力发电机的实验 6.1小型风力发电机的特殊实验项目 6.2小型风力发电机的实验方法探讨 6.2.1拖动实验方法 6.2.2风洞和风场测试 6.2.3风轮机的模拟实验 6.2.4几项特殊实验项目的实验方法 6.3无刷直流发电机的实验 结论 致谢 参考文献 攻读硕士学位期间发表的论文 学位论文独创性声明和学位论文知识产权权属声明 |
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