文档介绍：直驱风力永磁同步发电机电磁设计
与运行特性分析

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:宋洪珠
指导教师:韩力教授
专业:电气工程
学科门类:工学

重庆大学电气工程学院
二〇一一年五月
ic Design and Performance
Analysis of Direct-Driven Wind Permanent
Synchronous Generator

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Song Hongzhu

Supervised By : Prof. Han Li
Major: Electrical Engineering

College of Electrical Engineering of Chongqing University
Chongqing, China
May 2011
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

与其它风力发电机系统相比,直驱永磁同步发电机(Permanent
Synchronous Generator,PMSG)系统取消了齿轮箱和励磁绕组,具有结构简单、运
行可靠等优点,在风力发电领域具有良好的应用前景,近年来得到了迅速发展。
对于大型直驱风力 PMSG 的设计,合理选择极弧系数和极槽配合、有效抑制不可
逆退磁和起动阻力矩等是其关键技术。本文依托重庆市自然科学基金项目《MW
级风力 PMSG 及其系统的优化设计研究》,以 2MW 的直驱风力 PMSG 为研究对象,
采用场路结合的方法,对其设计方法和运行特性开展研究。
首先,简要介绍了 PMSG 的基本结构、等效磁路、工作原理和设计方法,在
此基础上,应用 Visual Basic 编写了电磁设计软件,完成了 3 套 2MW 直驱风力
PMSG 的电磁设计方案,并进行了对比分析;其次,根据磁路设计得到的电磁方
案,利用 Ansoft 软件建立了 2D 电磁场有限元模型,继而研究了 PMSG 在不同工
况下的运行特性,重点研究了不同风速下 PMSG 的运行特性以及电枢反应的去磁
效应和极弧系数、极槽配合对电磁转矩的影响;最后,推导了齿槽转矩的解析表
达式,采用解析法分析了极弧系数对齿槽转矩的影响,并用有限元法对不同极弧
系数下的齿槽转矩进行了计算,通过对比验证了算法和计算的正确性,进而总结
了不同极槽配合对齿槽转矩的影响规律。
研究结果表明,采用场路结合法得到的 PMSG 电磁设计方案达到了设计基本
要求;三相短路工况下电枢反应具有强烈的去磁效应,永磁体出现了局部失磁现
象;通过齿槽转矩解析表达式及相应的傅里叶分解系数,可以迅速找到使齿槽转
矩达到最小的极弧系数,合理选取槽配合,并使极数与槽数的最小公倍数尽可能
大,可以有效抑制齿槽转矩。

关键词:永磁同步发电机,电磁设计,运行特性,齿槽转矩,有限元法
I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

Compared with other wind generator systems, the direct-driven Permanent
Synchronous Generator (PMSG) system gives up the gearbox and the field winding, and
it has the advantages such as simple structure, high reliability, and so on. It has wide
applications in the area of wind generation and has been developed rapidly in recent
years. The reasonable choice of pole-arc coefficient and pole-bination, the
effective inhibition of irreversible ization and starting resistant torque are the
key techniques of the large direct-driven PM