本文選題：盤式永磁發(fā)電機 + 風力發(fā)電��； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：風力發(fā)電作為一種新型發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有對環(huán)境不造成污染、經(jīng)濟效益好、投資靈活等其他新能源不能與之相比擬的優(yōu)點。小型離網(wǎng)式風力發(fā)電系統(tǒng)具有對自然環(huán)境的適應能力強、可靠性高等優(yōu)點,在偏遠地區(qū)居民生產(chǎn)生活用電、多風地區(qū)道路照明和沿海景觀中被廣泛使用。如何在有限的空間內(nèi)有效的提高電機的氣隙磁通密度一直是電機研究學者追求的方向,數(shù)十年來世界各國學者對釹鐵硼永磁材料進行了大量的深入探索研究,使得永磁電機得到井噴式發(fā)展。由于釹鐵硼強磁體在盤式永磁電機中的使用,使得永磁盤式電機重量減輕、使用壽命大幅延長體積縮小、體積減小、散熱性能好、軸向尺寸縮小。因此永磁盤式電機比較適用于小型垂直軸風力發(fā)電機。本文的目標是設(shè)計并制作出一種適用于小型垂直軸風力機的盤式發(fā)電機,并對此發(fā)電機進行優(yōu)化,提高電機的功率密度。具體工作包括:(1)介紹盤式電機的基本拓撲結(jié)構(gòu),闡述halbach磁極結(jié)構(gòu)的優(yōu)點并對盤式電機的基本電磁關(guān)系進行了推導。(2)雖然利用圖解法、模擬法、解析法等都可以求解盤式發(fā)電機磁場的問題,但是運用Ansoft Maxwell對盤式發(fā)電機進行分析計算相對于其他方法具有精確度高、簡單方便等優(yōu)點。因此,基于Ansoft Maxwell采用控制變量法對盤式永磁發(fā)電機的磁極、背鐵、繞組等重要組成部分進行改進優(yōu)化。(3)完成盤式發(fā)電機的優(yōu)化設(shè)計后,對所設(shè)計發(fā)電機的空載電壓特性以及負載功率進行仿真計算是極其關(guān)鍵的一步,通過分析得到空載時電壓的波形頻率等以及負載時電壓電流波形。(4)盤式發(fā)電機的制作工藝是一個重要環(huán)節(jié),電樞盤的制作、磁極的卡位都十分困難,對制作盤式電機的工藝進行了介紹,對制作過程中的一些注意事項加以說明。設(shè)計完成后的盤式發(fā)電機在真實情況中工作性能是驗證設(shè)計結(jié)果是否到達要求的重要檢測方面,因此把制作好的盤式發(fā)電機應用在山東大學磁懸浮研究中心制作的小型垂直軸風力機上使用,進行風力發(fā)電試驗,通過數(shù)據(jù)比對分析,實驗數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)基本吻合,驗證了對于設(shè)計仿真的正確性。(5)目前關(guān)于halbach陣列磁極結(jié)構(gòu)的盤式發(fā)電機研究較少,但是,無鐵芯、halbach結(jié)構(gòu)的盤式發(fā)電機較常規(guī)盤式發(fā)電機相比有重量輕、氣隙處磁密大、正弦度好,避免了諧波引起的附加損耗等優(yōu)點。因此研究無鐵芯、halbach結(jié)構(gòu)的盤式發(fā)電機在直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域具有重要的實際意義。對比盤式發(fā)電機和添加halbach陣列磁極結(jié)構(gòu)的盤式永磁發(fā)電機的輸出電壓、電流和功率,驗證了在盤式發(fā)電機中添加halbach陣列磁極結(jié)構(gòu)對于增加發(fā)電機的功率密度有顯著效果。
[Abstract]:Wind power generation as a new type of power generation industry has the advantages of no pollution to the environment, good economic benefits, flexible investment and other new energy can not be compared with it. Small-scale off-grid wind power generation system has the advantages of strong adaptability to natural environment, high reliability and so on. It is widely used in the production and living of electricity in remote areas, road lighting and coastal landscape in windy areas. How to effectively improve the air gap flux density of the motor in a limited space has always been the direction pursued by the motor researchers. In recent decades, many scholars all over the world have carried out a lot of in-depth research on the NdFeB permanent magnet materials. The permanent magnet motor is developed by blowout. Due to the use of NdFeB strong magnet in disc permanent magnet motor, the weight of PMSM is reduced, the service life is greatly prolonged, the volume is reduced, the volume is reduced, the heat dissipation performance is good, and the axial size is reduced. Therefore, permanent magnet disk motor is more suitable for small vertical axis wind turbine. The aim of this paper is to design and produce a kind of disc generator suitable for small vertical axis wind turbine, and optimize the generator to increase the power density of the motor. The specific work includes introducing the basic topological structure of disk motor, expounding the advantages of halbach magnetic pole structure and deducing the basic electromagnetic relation of disk motor. The analytical method can solve the magnetic field problem of disc generator, but the analysis and calculation of disk generator by Ansoft Maxwell has the advantages of high accuracy, simplicity and convenience. Therefore, based on Ansoft Maxwell, the control variable method is used to improve and optimize the magnetic pole, back iron, winding and other important components of disc permanent magnet generator. The simulation of the no-load voltage characteristics and load power of the designed generator is an extremely important step. It is an important link to obtain the waveform frequency of no-load voltage and voltage and current waveform. 4) the fabrication technology of disk generator is an important link. It is very difficult to make armature disk and the location of magnetic pole. The process of making disc motor is introduced, and some matters needing attention are explained. After the design is completed, the performance of the disc generator in the real situation is an important test aspect to verify whether the design results meet the requirements. Therefore, the disk generator is used in the small vertical axis wind turbine made by the magnetic suspension research center of Shandong University, and the wind power generation test is carried out. Through the data comparison and analysis, the experimental data and the design data are basically consistent. The correctness of the design and simulation is verified. (5) at present, there is little research on the disk generator with halbach array magnetic pole structure, but the disk generator with no iron core has lighter weight and larger magnetic density at the air gap than the conventional disk generator. The sinusoidal degree is good and the additional loss caused by harmonics is avoided. Therefore, it is of great practical significance to study the disk generator without iron core and halbach structure in the field of direct drive wind power generation. By comparing the output voltage, current and power of disk generator and disk permanent magnet generator with halbach array magnetic pole structure, it is proved that adding halbach array magnetic pole structure to disc generator has remarkable effect on increasing generator power density.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

【參考文獻】

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本文編號：1820276