大型双定子直驱永磁风力发电机电磁设计与仿真

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1、•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Ansoft2.2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

2、、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

3、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

4、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L1j，L1t，Lg，L2t,，L2j，Lg’，L1j’，L1t’分别为外定子轭、外定子齿、第一气隙、转子齿、转子轭、第二气隙、内定子轭、内定子齿的长度，hmp为转子内永磁体总的高度。根据全电流定律，磁场强度沿闭合回路的线积

5、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H1j*L1j+H1t*L1t+Hg*Lg+H2t*L2t+H2j*L2g+Hg’*Lg’+H1t’*L1j’+H1j’*L1j’=H*hmp(1-1)其中，H1j、H1t、Hg、H2t、H2j、Hg’、H1t’、H1j’、H分别外定子轭、外定子齿、第一气隙、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、

6、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VisualBasic6.0编制成计算机程序，以可执行文件的形式发布，实现了商业软件所具有的功能。该程序具有商业软件具有的常规界面和主要功能，具有友好的人机界面，同时具有较高的计算精度。双气隙永磁直驱风力发电机设计软件系统主要包括输入主要数据，定转子基本尺寸参数计算，空载磁路计算，空载磁通比较，定子绕组参数计算、槽计算、负载磁路计算、电压调整率计算、短路电流计算、损耗及效率计算，电磁计算结果文件输

7、出等几部分，软件整体结构图见图1。1.3初步电磁方案额定功率3100kW调速范围6~14.3rpm额定电压690V额定频率9.533额定转矩2070KN.m相数3绕组接线2Y极对数40额定转速14.3绝缘等级H防护等级IP55外定子外径4022mm外定子内径3730mm内定子外径3538mm内定子内经3232mm转子外径3724mm转子内经3544mm极弧系数0.8铁芯长度850mm并联支路数8绕组形式分数槽集中绕永磁体