大型双定子直驱永磁风力发电机电磁设计及仿真.pdf

• 大型双定子直驱永磁风力发电机电磁设计与仿真 大型双定子直驱永磁风力发电 机电磁设计与仿真 内容小标题18号字加粗 0 引言 1 双定子直驱永磁发电机的初始设计 1.1 等效磁路法简介 1.2 电磁计算软件编写 1.3 初步电磁方案 2 基于Ansoft的有限元分析仿真 2.1 有限元分析软件Ansoft 2.2 双定子直驱永磁风力发电机的电机仿真模 型、边界条件、激励源 电机模型 边界条件 激励源 2.3 主要仿真波形 3 总结 0 引言 在主流风电机组中，基于变速运行、变浆距调节、低转速、高效率、高功率 因数的直驱永磁风力发电机组已成为未来的发展趋势。 国、内外直驱永磁风力发电机组，其低速永磁同步发电机一般都是采用内转 子或外转子的单定子电机结构，定、转子尺寸大，由此带来一个大电机的运 输困难问题和成本问题，限制了大容量的直驱永磁风力发电机在风电领域的 使用。 采用双定子直驱永磁风力发电机，可以有效地提高发电机功率密度、空间及 材料利用率，能有效地解决大型直驱永磁风力发电机的运输问题和成本问题， 从而使直驱永磁风力发电机组的成本大幅降低，大大提高直驱永磁风力发电 机组的经济性和竞争能力。 国、内外对双定子低速永磁直驱发电机的研究刚刚起步，但从市场前景看， 随着直驱永磁风力发电机组在风电市场中所占比例不断提升，市场必将对永 磁直驱发电机的需求也越来越高。永磁直驱发电机的技术、结构转型，为中 国企业提供了技术跨越、赶超世界先进水平的机会。 本文将分数槽集中绕组用于永磁双定子直驱永磁风力发电机设计，在单定子 永磁直驱发电机的软件基础上，编制了双定子永磁直驱发电机的电磁设计软 件，并借助于Maxwell 专用电磁仿真软件，对初步电磁方案进行了磁场仿真 分析和优化设计，最后得到了精确分析结果。 1 双定子直驱永磁发电机的初始设计 1.1 等效磁路法简介 等效磁路法是最常用也是最基本的电机设计方法。等效磁路法是最常用也是最基本的电机 设计方法，“等效磁路”即所谓的“场化路”的方法——将空间实际存在的不均匀分布的 磁场转化为等效的多段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截面和长度分布均匀，同时 使用一些系数来修正各段磁路的磁压降，使之等于对应实际磁场中的磁压降，通过这样的 处理，就把复杂的磁场计算转化为简单的磁路计算。 使用等效磁路法，可以快速的进行电机的初始设计，分析电机的一些基本的参数性能，如 各段磁路的磁场分布情况，空载、负载或者短路时电机的工作状况，电机损耗、材料的使 用量和效率的大小。 在进行等效磁路法分析时，通常假定电机内的磁场为恒定磁场，定转子相对静止，计算磁 路依次取定子齿、定子轭、定子齿、气隙、转子磁极、转子轭、转子磁极、气隙和定子齿。 设L ，L ，L ，L ,，L ，L ，L ，L 分别为外定子轭、外定子齿、第一气隙、转子 1j 1t g 2t 2j g’ 1j’ 1t’ 齿、转子轭、第二气隙、内定子轭、内定子齿的长度，h 为转子内永磁体总的高度。 mp 根据全电流定律，磁场强度沿闭合回路的线积分等于该回路所包围的电流和。使用等效磁 路法时，在各段磁路中的磁压降可用该磁路中的磁场强度和长度的乘积来表示，于是 H *L +H *L +H *L +H *L +H *L +H *L +H *L +H *L =H*h (1-1) 1j 1j 1t 1t g g 2t 2t 2j 2g g’ g’ 1t’ 1j’ 1j’ 1j’ mp 其中，H 、H 、H 、H 、H 、H H 、H 、H分别外定子轭、外定子齿、第一气隙、 1j 1t g 2t 2j g’、 1t’ 1j’ 转子齿、转子轭、第二气隙、内定子齿、内定子轭的磁感应强度，H为转子永磁体的磁感 应强度。 1.2 电磁计算软件编写 工程中有一些现有的根据等效磁路法编制的程序， 但这些程序的应用性不是很广泛。由于双气隙永 磁直驱风力发电机电磁关系复杂、磁饱和严重， 电磁设计变得更加困难，单纯的手算几乎不能完 成。随着计算机语言的发展，双气隙永磁直驱风 力发电机的计算机辅助设计得以实现。本文在总 结了单气隙永磁发电机手算程序的基础上，利用 等效磁路法，采用Visual Basic 6