雙凸極磁通反向式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究.pdf

1、能源和環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今人類在生存和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。目前，以煤、石油、天然氣為主的常規(guī)能源不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，對(duì)可再生能源，特別是風(fēng)能資源的開發(fā)和利用，受到了各國(guó)的高度重視。風(fēng)能是清潔、安全、可再生的綠色能源，風(fēng)能的有效利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　在各種發(fā)電機(jī)中，磁通反向式永磁電機(jī)（FRM）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、不需要減速箱等優(yōu)點(diǎn)，適用于小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。磁通反向式永磁電機(jī)，是經(jīng)

2、過(guò)改良的雙凸極永磁電機(jī)，它在結(jié)合開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁無(wú)刷直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展，將永磁體放置在定子凸極表面，使得永磁體易于安裝，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁通反向式永磁電機(jī)的定子繞組所交鏈的永磁磁通改變極性，這意味著會(huì)比磁通脈振產(chǎn)生更大的磁通變化。盡管磁通反向式永磁電機(jī)具有突破性的發(fā)展，但是也存在著一些不足，其中齒槽轉(zhuǎn)矩較大就是令人關(guān)注的問(wèn)題之一，目前國(guó)際上對(duì)磁通反向式電機(jī)的研究還很不全面，僅停留在初步理論和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)階段，在結(jié)構(gòu)和性能上還存

3、在諸多不足。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)6/14極內(nèi)轉(zhuǎn)子等齒寬FRM、6/14極內(nèi)轉(zhuǎn)子不等齒寬FRM和6/14極外轉(zhuǎn)子等齒寬FRM這三種不同結(jié)構(gòu)的磁通反向式永磁電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)及對(duì)比分析，分別推導(dǎo)了它們的設(shè)計(jì)過(guò)程，三種電機(jī)結(jié)構(gòu)的主要尺寸相似，建立了磁通反向式永磁電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行有限元分析。利用Ansoft仿真工具，對(duì)這三種不同結(jié)構(gòu)的磁通反向式永磁電機(jī)進(jìn)行了計(jì)算分析，比較了不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下的空載特性，對(duì)于氣隙磁密進(jìn)行傅里葉分解諧波分析。

4、
　　針對(duì)磁通反向式永磁電機(jī)存在較大齒槽轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題，對(duì)于6/14極內(nèi)轉(zhuǎn)子FRM樣機(jī)，本文提出了一種新的方法，即由原有樣機(jī)的轉(zhuǎn)子齒等寬轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子齒寬度為8°和20°相結(jié)合，由于該種電機(jī)為磁通反向式，因此齒槽轉(zhuǎn)矩的相位是相互轉(zhuǎn)化的，通過(guò)采取兩種齒寬的組合，有可能會(huì)削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的6/14極內(nèi)轉(zhuǎn)子不等齒寬FRM能夠在保證自身優(yōu)點(diǎn)的前提下，最大程度削弱其齒槽轉(zhuǎn)矩，并且明顯優(yōu)于6/14極內(nèi)轉(zhuǎn)子等齒寬FRM和6

5、/14極外轉(zhuǎn)子等齒寬FRM。
　　本文對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)下磁通反向式永磁電機(jī)的外特性進(jìn)行了比較。發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率是衡量外特性的重要性能指標(biāo)，由于磁通反向式永磁電機(jī)是永磁體勵(lì)磁，因而磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，為了使發(fā)電機(jī)具有較好的性能指標(biāo)，盡量減小發(fā)電機(jī)的固有電壓調(diào)整率具有重要的意義。本文在相同的電阻負(fù)載和電阻電感負(fù)載下，對(duì)這三種不同結(jié)構(gòu)FRM進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)不論是在電阻負(fù)載，還是在電阻電感負(fù)載下，相同尺寸下內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)FRM外特性要優(yōu)