直接驱动式永磁风力发电机设计研究

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越被人们所关注,风力发电更是受到人们的重视。现代风力发电技术的发展趋势一是无刷化,二是采用取消增速机构的风力机直接驱动低速发电机,其中最典型的是直接驱动式永磁风力发电机。尤其是中小型直接驱动式永磁风力发电机,结构简单,运行可靠,即可并网又可独立运行,特别适合于我国边远地区,具有广阔的推广应用前景。 目前,国内对直接驱动式永磁风力发电机的研究还处在起步阶段,没有适用于中小型直接驱动式永磁风力发电机成熟的设计方法,本文以50kW直接驱动式永磁风力发电机为例,进行该种电机设计方法的研究。 首先,分析直接驱动式永磁风力发电机的设计特点。由于电机转速很低,为了充分利用其圆周线速度,一般需要采用直径大而轴向长度短的结构,与传统高速电机的细长结构有很大区别。因电机转速低、极数多而电机外径不能太大,定子槽数有限,需要采用适当的极数和槽数配合、磁极和绕组结构来削弱电势谐波和减小转矩脉动。 其次,采用等效磁路的方法,根据电机的技术要求,进行电磁方案的初步设计,确定电机的基本结构、永磁体和铁心尺寸及绕组参数,以便建立进行磁场分析的模型。 再次,基于有限元磁场分析进行电磁性能计算。对已建立的电机模型,采用二维场路结合的负载电流迭代法,计算不同转子位置下的电机磁场分布、绕组电压、电流波形及瞬态电磁转矩等,对比分析不同设计方案的电机性能,确定最优设计方案。 最后,根据永磁电机的励磁不可调性,和定子绕组匝数多,电枢去磁反应大的特点,采用永磁体径向式和切向式相结合的混合式Halbach结构,增加气隙磁密,减小转子轭部磁密,从而提高电机的力能密度和减小电机体积。