新型集中绕组小型永磁风力发电机设计与分析

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1、第24卷第3期电力科学与技术学报V0I．24No．32009年9月JOURNALoFEIECTRlCPOWERSC皿NCEANDTIECI-IN0LOGYSep．2009新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析花为，张淦(东南大学电气工程学院，江苏南京210096)摘要：介绍一种新型绕组连接方式的永磁无刷电机，采用特殊的定子槽／转子极配合，功率密度高，定位力矩小，适用于小型风力发电系统．以一台三相24／22极样机为例，分析其结构特点和运行原理，并基于有限元法，研究其设计过程．在此基础上，对样机的感应电动势、电磁转矩、输出功

2、率、效率等进行实验验证．结果表明：该种电机在无需斜槽或斜极的条件下，采用集中绕组即可获得正弦电势，且保持较高的功率密度和效率，为小型风力发电机的选型提供一种新的方案．关键词：风力发电；永磁电机；集中绕组；有限元；静态特性中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1673-9140(2009)03-0027-06DesignandanalysisofaPMgeneratorforwindpowerwithnovelconcentratedwindingsHUAWei，ZHANGGan(SchoolofElectricalE

3、ngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)Abstract：Apermanentmagnetbrushlessmachineforwindpowerwithnovelconcentratedwindingsisin—troducedinthispaper．Thespecialcombinationofstatorslots／rotorpolesisemployedinthemachine，re—suitinginhighpowerdensityandlowcoggi

4、ngtorque．Thedistincttopologyandoperationprinciplearean-alyzedbyusinga3-phase24／22一poleprototypcdmachineasanexample．Basedonfiniteelementmethod，thedesignaspectsoftheprototypedgeneratorarepresented．Finally，theexperimentalresultsfromthepro—totypedmachine，includingelect

5、ro—magnetic—force(EMF)，electromagnetictorque，outputpowerandeffi—ciencyvalidatethedesign．Itshowsthattheopen-circuitEMFwaveformsareinherentlysinusoidalwithconcentratedwindingsandwithoutskewingofstatorslotsorrotorpoles，andhenceitexhibitssignificantlyhighertorquedensit

6、yandefficiency．Theresultslayanewchoiceforsmallwindpowergenerationsystem．Keywords：windpower；permanentmagnetmachine；concentratedwindings；finiteelementanalysis；staticcharacteristics收稿日期：2009-07-28基金项目：国家自然科学基金(50807007)；高等学校博士学科点新教师专项科研基金(200802861038)；中国电机工程学会电力青年科技创

7、新一等资助．作者简介：花为(1978一)，男，博士，副教授，主要从事新型永磁电机设计、分析与控制研究；E—mail：huawei1978@SeU．edu．cn电力科学与技术学报2009年9月目前，风力发电发展极为迅速，除并网型大功率风力发电系统外，离网型小功率风力发电系统的需求也日益增长～．其应用场合主要集中于长江及其他航运系统，无人值守的森林哨所、差转台和微波站，沿海孤立岛屿，围网养殖系统，农牧区和边远山区等．因为小型风力发电系统的风轮直接耦合在发电(a)截面图(b)三维结构图机轴上，省去了增速结构，转速只有几百转／分，所

8、以(a)Cross—section(b)3一Dtopology小型风力发电机主要采用低速多极结构，转子结构图233槽／22极常规集中绕组永磁无刷电机以表面贴装式为主．Figure233：slot／22一polePMbrushlessmachine目前，国内外研究的小型三相永磁风力发电机wi