兆瓦級高速永磁同步風力發(fā)電機電磁設計及溫度場分析.pdf

1、風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機作為能量轉換的主要部件，被廣泛研究。目前風場的主流發(fā)電機類型為雙饋風力發(fā)電機和永磁直驅風力發(fā)電機。雙饋風力發(fā)電機技術相對成熟，但結構復雜、可靠性差，且存在低電壓穿越的問題；永磁直驅風力發(fā)電機可以解決低電壓穿越的問題，但電機體積大，磁鋼用量多，造價高。針對以上風機存在的問題，高速永磁風力發(fā)電機以其轉速高，體積小，高效率等優(yōu)點在風場中得到了一定的應用，并成為各個風機制造商當前研究的熱點。
　　兆瓦級高速永磁風力發(fā)

2、電機與兆瓦級低速直驅和中速半直驅永磁風力發(fā)電機相比，轉速大幅度提高，由低速直驅風機的10～20r/min或中速半直驅風機的250～500r/min，提高到高速風機的1000～2000r/min。如此高的轉速下，必然會給轉子永磁體的固定帶來影響。針對此問題，本文研究了一種改進的轉子結構，并通過有限元分析軟件，對該結構進行優(yōu)化設計。主要研究內(nèi)容分為以下幾方面。
　　首先，本文對比分析了傳統(tǒng)表貼式與切向式轉子結構的差異，在此基礎上，結合

3、電機高速的特點，研究了一種改進的極靴式轉子結構；基于磁路法，對該高速永磁電機進行整體設計，并通過Ansoft有限元仿真軟件對電機的初始模型進行電磁特性分析。
　　其次，根據(jù)初始設計當中存在氣隙磁密正弦性差、齒槽轉矩大等問題，提出了一種通過優(yōu)化極靴形狀來優(yōu)化電機性能的方法，并對電機進行了優(yōu)化分析；為確保該轉子結構所安放的永磁體不會發(fā)生不可逆退磁，結合超導體閉合回路磁鏈守恒定則，分析了三相短路情況下的最大瞬態(tài)短路電流值，并在此基礎上，

4、分析了永磁體的退磁情況。
　　此外，由于本課題所設計的電機采用的是極靴式轉子結構，轉子表面渦流損耗較大，從而會影響到轉子溫升。為了方便將轉子渦流損耗產(chǎn)生的熱量散去，在設計時轉子軸向通風槽開有徑向通風孔，本文通過對流體力學及傳熱學的理論分析，結合有限元軟件，分析了電機內(nèi)部流速分布，確定了徑向通風孔對電機散熱的作用，并在此基礎上，通過流體場-溫度場耦合計算，求出了轉子的溫度場分布，結果表明改進的極靴式轉子結構的溫升在合理的范圍之內(nèi)，不