永磁内嵌凸极式海上风力发电机设计分析研究

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1、隶。轫大·粤博士学位论文万方数据永磁内嵌凸极式海上风力发电机设计分析研究专业名称：皇氢王程研究生姓名：鄞玉邀导师姓名：桂鹤蚕．塾拯本论文获国家自然科学基金项目(51077012)与江苏省产学研前瞻性研究项目(BY2011151)资助。万方数据STUDYoNDESIGNANDANALYSIS0FPERMANENTMAGNETEMBEDDEDSALIENTPoLEoFFSHoREWINDGENERAToRADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcad

2、emicDegreeofDoctorofEngineeringBYGUOYu-jingSupervisedbyLINHe—yunSchoolofElectricalEngineeringSoutheastUniversityOctober,2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材

3、料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：二酶立鎏日期：丝也_叫乒一东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：耋；址导师签名万方数据摘要海上风力发

4、电因其独特的优势而具有广阔的发展前景。我国海上风力发电起步较晚，对国外技术依赖性强，因此，掌握大型海上风力发电机研发的核心技术，并实现完全的自主研发生产，是国内风电产业亟待解决的问题。永磁内嵌凸极式风力发电机(PMESPWG)是一种永磁内嵌于凸极磁极的新型模块化转子结构风力发电机，由于永磁体可以免受恶劣环境的侵蚀，因此它在海上风力发电领域具有广阔的应用前景。该大型永磁发电机转子磁极结构独特，其电磁场和温度场分布及变化规律有别于传统大型发电机，因此针对该新型结构电机进行深入的电磁设计、性能参数计算与温度场分

5、析研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以3．3MW的PMESPWG为对象，对该发电机的电磁设计、磁场解析与电磁参数计算、流场与温度场计算、空载与负载及温升试验等进行了较为深入的研究与分析。论文的主要研究工作与成果如下：介绍和分析了本课题的研究背景和意义。阐述了海上风力发电的国内外发展现状并预测了其发展前景，对目前常用的和正在研究的几种海上风力发电机进行了介绍，分析了PMESPWG应用于海上风力发电的优势。提出了PMESPWG的电磁设计方法并将其开发为设计软件。结合大型水轮发电机与永磁电机的设计经验，

6、根据该发电机的结构特点给出其独特的电磁设计方法，采用磁路法获得初步电磁参数，并利用有限元方法对计算结果进行验证，在此基础上开发了相应的电磁设计软件，为同类型电机的设计开发提供了平台。提出了两种快速有效的计算该发电机气隙磁场分布的方法。一种为基于集总参数的解析计算方法，该方法通过建立多子回路模型，最终融合相对磁导获得定子开槽时的径向气隙磁场分布；另一种为采用有限元与解析法相结合的方法，该方法考虑了定子开槽对气隙径向和周向磁场分布的影响，获得了准确的气隙磁场分布结果，实现了永磁内嵌式电机气隙磁场的快速精确计算

7、。计算并研究了该发电机的重要特性参数。基于定子有槽时的解析计算模型和能量法分别计算了交直轴电感和齿槽转矩，并研究了两者随磁极尺寸等参数的变化规律；对发电机的突然短路电流表达式进行了推导，并计算了空载和负载时的突然短路最大电流倍数。计算并分析了该发电机内流场和温度场分布情况。建立了电机的四分之一分析模型，给出了三维稳态传热方程及求解边界条件，基于计算流体动力学(CFD)采用流热耦合技术，对冷却介质流场及电机内的温度场进行了计算和分析，并得到了一些重要规律。开发了PMESPWG样机并进行了试验研究。根据最终的

8、设计参数制造了样机，并进行空载、负载及温升试验，试验结果验证了电磁设计、磁场解析计算方法和温度场分析方法的正确性。万方数据东南大学博士学位论文研究结果表明永磁内嵌凸极式海上风力发电机具有较高的功率密度，较好的电磁性能及良好的通风散热效果，满足海上风力发电对发电机的特殊要求，在该领域中具有较好的发展前景。研究成果已经应用于工业生产，对我国大型海上风力发电机的研发具有重要的指导意义，有助于我国风电产业掌握海上风力发电的核心技术。关