【摘要】：針對(duì)永磁發(fā)電機(jī)氣隙磁密無(wú)法調(diào)節(jié)從而使得輸出電壓受負(fù)載變動(dòng)和環(huán)境溫度變化影響較大的不足之處,本文提出了一種新型并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī),永磁電機(jī)部分和電勵(lì)磁電機(jī)部分并列安裝,由于兩部分電機(jī)定子鐵心彼此獨(dú)立,共用一套定子電樞繞組,兩部分在定子電樞繞組中感應(yīng)出的電勢(shì)可以相互疊加,完成混合勵(lì)磁的功能；通過(guò)調(diào)節(jié)電勵(lì)磁部分勵(lì)磁電流的大小和相位,最終達(dá)到輸出電壓可調(diào)的目的。本文采用田口方法對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),利用優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別建立了11KW永磁發(fā)電機(jī)的場(chǎng)路-耦合仿真模型和電勵(lì)磁部分的電機(jī)模型,并混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的空載特性和負(fù)載特性進(jìn)行了仿真分析與研究。本文首先推導(dǎo)出永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)方程、電機(jī)繞組回路方程以及外電路的連接關(guān)系在內(nèi)的時(shí)步有限元場(chǎng)路-耦合離散模型；利用田口方法對(duì)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高了電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能,并利用優(yōu)化后建立的永磁同步發(fā)電機(jī)場(chǎng)路-耦合模型,對(duì)發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行、負(fù)載運(yùn)行和三相故障運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真分析,得到了各種運(yùn)行情況下的三相電流、電壓曲線,驗(yàn)證了二維場(chǎng)路-耦合仿真模型的正確性。然后,再次利用田口方法對(duì)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,得到了較好的電勵(lì)磁空載氣隙磁密波形。根據(jù)電勵(lì)磁部分的電磁場(chǎng)方程,通過(guò)ANSYS軟件編寫(xiě)時(shí)步有限元程序,并借助于MATLAB軟件對(duì)新型混合勵(lì)磁電機(jī)電勵(lì)磁部分的氣隙磁密進(jìn)行處理,對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行了空載仿真分析。最后,對(duì)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)進(jìn)行了有限元分析,采用二維有限元數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程；通過(guò)靜磁場(chǎng)法分析了永磁電機(jī)部分和電勵(lì)磁電機(jī)部分的空載特性,得到了混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的空載特性；推導(dǎo)了混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的電壓平衡方程式,建立了混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)性能參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。從而對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)的負(fù)載特性及外特性進(jìn)行數(shù)值分析研究打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In view of the shortcomings that the air gap magnetic density of permanent magnet generator can not be adjusted, so that the output voltage is greatly affected by the change of load and ambient temperature, a new type of parallel structure hybrid excitation synchronous generator is proposed in this paper. The permanent magnet motor part and the electric excitation motor part are installed side by side. Because the stator cores of the two parts are independent of each other, a set of stator armature windings is shared, and the electric potentials induced by the two parts in the stator armature windings can be superimposed with each other. Complete the function of hybrid excitation; By adjusting the magnitude and phase of the excitation current, the output voltage can be adjusted. In this paper, the Taguchi method is used to optimize the structure of the motor, and the field circuit coupling simulation model and the motor model of the electric excitation part of the 11KW permanent magnet generator are established by using the optimized structural parameters. The no-load and load characteristics of hybrid excitation generator are simulated and studied. In this paper, the time step finite element field circuit coupling discrete model, including the magnetic field equation in the permanent magnet synchronous generator (PMSM), the circuit equation of the motor winding and the connection relationship of the external circuit, is derived. The structure of the rotor part of the permanent magnet motor is optimized by using the Taguchi method, and the steady-state operation performance of the motor is improved. The no-load operation of the generator is carried out by using the optimized field-coupling model of the permanent magnet synchronous generator. The load operation and three-phase fault operation characteristics are simulated and analyzed, and the three-phase current and voltage curves under various operation conditions are obtained, and the correctness of the two-dimensional field-circuit coupling simulation model is verified. Then, the Taguchi method is used to optimize the structure of the excitation part of the hybrid excitation generator, and a good magnetic density waveform of the no-load air gap is obtained. According to the electromagnetic field equation of the electric excitation part, the time step finite element program is compiled by ANSYS software, and the air gap magnetic density of the electric excitation part of the new hybrid excitation motor is processed by means of MATLAB software, and the no-load simulation analysis of the optimized model is carried out. Finally, the finite element analysis of hybrid excitation generator is carried out, and the two-dimensional finite element numerical calculation is used to simplify the calculation process. The no-load characteristics of permanent magnet motor and electric excitation motor are analyzed by magnetostatic field method, and the no-load characteristics of hybrid excitation generator are obtained. The voltage balance equation of hybrid excitation generator is derived, and the mathematical model between the performance parameters of hybrid excitation generator is established. Thus, the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor are analyzed and studied numerically, which lays a foundation for the numerical analysis of the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM31

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本文編號(hào)：2490939