定子永磁電機(jī)及其風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用研究.pdf

1、隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，可變速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)逐漸引起人們的關(guān)注。定子永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率和功率密度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦陀来烹姍C(jī)。本文的研究工作主要是圍繞著定子永磁電機(jī)及其在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用展開的。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)方面： 本文首先對(duì)定子永磁電機(jī)進(jìn)行了比較研究，推導(dǎo)了一個(gè)背適于三種定子永磁電機(jī)的通用功率方程，基于功率方程，對(duì)定子永磁電機(jī)進(jìn)行了功率密度的比較和分析，為定子永磁電機(jī)的優(yōu)化

2、設(shè)計(jì)和新型結(jié)構(gòu)的提出奠定了基礎(chǔ)。 對(duì)外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁(DSPM)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了20kW外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動(dòng)DSPM風(fēng)力發(fā)電機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行了有限元分析，給出了發(fā)電機(jī)的靜態(tài)特性。 提出了整距繞組DSPM電機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)其工作原理進(jìn)行了闡述，揭示了整距繞組DSPM電機(jī)所具有的獨(dú)特特性以及它和傳統(tǒng)DSPM電機(jī)、磁通切換永磁(FSPM)電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系。 提出了定子內(nèi)永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)，解決了FSPM電機(jī)存在的定

3、位力矩大、永磁材料消耗多等缺陷，對(duì)定子內(nèi)永磁電機(jī)的功率方程進(jìn)行了推導(dǎo)，闡述了定子內(nèi)永磁電機(jī)高功率密度和優(yōu)化減小定位力矩的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了定子內(nèi)永磁電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)定子內(nèi)永磁電機(jī)的永磁體在短路電流作用下用解析式表達(dá)的抗去磁能力進(jìn)行了研究，得到了一種衡量定子內(nèi)永磁電機(jī)被去磁風(fēng)險(xiǎn)的簡(jiǎn)單解析表示方法。 設(shè)計(jì)、試制和測(cè)試了一臺(tái)小功率定子內(nèi)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)功率等級(jí)從3MW至10MW的大型定子內(nèi)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了電磁設(shè)

4、計(jì)和比較研究。 對(duì)定子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模研究，包括風(fēng)速模型、氣動(dòng)特性模型、機(jī)械模型、發(fā)電機(jī)模型和PWM變換器模型。 對(duì)基于非線性控制器的風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能跟蹤控制進(jìn)行了研究，提出了基于卡爾曼濾波器和牛頓一拉夫遜法的風(fēng)速估計(jì)方法，建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型，并應(yīng)用FAST風(fēng)力機(jī)代碼進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真和FAST代碼的結(jié)果說明了所提出方案具有良好的控制性能。 對(duì)現(xiàn)代大型風(fēng)力機(jī)的槳距角控制