无刷双馈电机的设计与有限元分析

合集下载

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置,其中无刷表示没有刷子与旋转子接触,双馈表示既有直流驱动的转子,又有交流驱动的转子。

下面将对无刷双馈风力发电机的设计分析与控制进行探讨。

无刷双馈风力发电机的设计分析包括机械结构设计、电磁设计和控制系统设计。

机械结构设计主要包括叶片的选择和布置,塔架和基础的设计以及风力发电机的整体布局。

叶片的选择应考虑到切入风速、功率系数、气动特性等因素,布置应使各叶片均匀受力,避免振动和共振。

塔架和基础设计要考虑到风力发电机的高度、重量、抗风能力和地质条件等因素,确保安全可靠。

电磁设计主要包括发电机的定子和转子的设计。

定子设计要考虑到电磁参数的选择,如磁场密度、线圈匝数等,以及冷却措施的设计,确保发电机的效率和稳定性。

转子的设计要考虑到双馈风力发电机的特点,如直流驱动转子的设计要考虑到功率传递和转速控制,交流驱动转子的设计要考虑到转子电磁参数的选择和控制。

控制系统设计主要包括转速控制和功率控制。

转速控制要根据风速的变化调节双馈风力发电机的转速,以使其在最佳工作状态下输出最大功率。

功率控制要根据电网的要求调节发电机的输出功率,保持电网的稳定性。

控制系统设计还要考虑到发电机的运行状态监测和故障保护,确保发电机的安全运行。

无刷双馈风力发电机的控制主要包括电气控制和机械控制两方面。

电气控制主要包括对发电机电磁参数的控制和输出功率的调节,可以采用PID控制或模糊控制等方法。

机械控制主要包括对叶片角度和转子转速的控制,可以采用电机驱动或液压驱动等方法。

无刷双馈风力发电机的设计分析与控制是一个复杂的工程问题,需要考虑到机械、电磁和控制等多个方面的因素,以实现高效、稳定和安全的发电。

随着风电技术的不断发展,无刷双馈风力发电机的设计和控制将不断提升,为可持续能源的利用做出更大的贡献。

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机(Brushless Double-fed Wind Power Generator,BDWG)由于其具有高效、稳定、可靠的特点,在风电发电产业的快速发展中得到了广泛应用。

其核心部件是无刷双馈电机(Brushless Double-fed Induction Machine,BDFIM),由于其内外转子之间通过转子侧电容连接,使其具有一定的电磁转矩特性。

因此,在BDWG中基于实时控制的电压源逆变器的功率控制策略中,可以通过控制转子的电压和电流使得BDFIM适应风机不同的转速变化(也即风速的变化)现象,从而在风力发电过程中实现良好的功率控制性能。

本文旨在对BDWG的设计原理和控制策略进行分析和探讨,主要从以下几个方面进行讨论。

1. BDWG的设计分析(1)结构和工作原理BDWG由涉及双馈电机转子部分(即有刷子组合,转子侧电容器等)和无刷直流电机(一般用于调节转子电容器电压的空间矢量调制控制)经由转子上的能量转换器进行变换,在输出端带有无功功率控制的PWM逆变器进行功率输出。

BDFIM相较于一般异步电机,其内部转子电流被划分为主磁通和次磁通两个部分,转子上的电容器则通过变压器与电网连接。

在风机转速发生变化时,由于双馈电机的特殊结构,主磁通和次磁通之间会产生一定的漏电感,从而使得转子上的电流产生相应的变化。

(2)参数设计和优化在BDWG的设计上,关键的参数设计主要包括了转子电容器的容量、变压比等。

为了实现风能的最大利用效率,需要在保证性能的前提下尽可能减小转子电容器的容量,同时在变压器的设计上注重其高效、轻便的特性。

以上两者则需要依据技术手段来进行有效的优化设计。

2. BDWG的控制策略(1)转子电压交换控制BDWG的控制策略之一是通过转子侧的能量转换器实现交换控制,从而在转速变化的情况下实现电极磁势的平衡控制。

该控制策略主要由节拍控制和逆变控制两个部分组成,其中节拍控制主要通过时序触发器和计数器实现;逆变控制则主要通过高功率开关管实现,其控制基础是PWM控制。

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制1. 引言1.1 研究背景无刷双馈风力发电机能够通过改进其结构设计和控制策略来提高风力发电机的性能,并且能够更好地适应风速的变化。

无刷双馈风力发电机的设计和控制也能够提高其稳定性和可靠性,从而减少维护成本并延长其使用寿命。

对无刷双馈风力发电机的设计分析与控制研究具有重要的研究意义,并对未来的清洁能源发展具有积极的推动作用。

1.2 研究意义无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备,具有高效率、低噪音、可靠性高等优点,在清洁能源领域具有重要的应用前景。

研究无刷双馈风力发电机的设计分析与控制,对于提高风力发电系统的整体性能,提升能源利用效率,促进可再生能源发展具有重要意义。

通过对无刷双馈风力发电机的设计分析,可以深入了解其工作原理和结构特点,为进一步优化设计提供理论依据。

探讨无刷双馈风力发电机的控制策略,可以有效提高风力发电系统的稳定性和响应速度,保障系统在不同工况下的运行效果。

通过性能模拟分析和实验验证,可以验证设计方案的可行性和准确性,为实际工程应用提供参考依据。

在未来的研究中,结合设计分析与控制策略的优缺点分析,可以进一步完善无刷双馈风力发电机的设计与控制方案,提高系统的运行效率和稳定性。

针对新能源发展的需求,不断拓展研究领域,探索更加优化的设计和控制方法,促进无刷双馈风力发电机在实际应用中的推广和发展。

2. 正文2.1 无刷双馈风力发电机设计原理无刷双馈风力发电机设计原理是在传统的风力发电机基础上进行了改进和创新。

传统的风力发电机通常采用了双馈电机的结构,但是存在着换向器和碳刷磨损等问题。

而无刷双馈风力发电机则采用了无刷技术,避免了这些问题,提高了系统的可靠性和稳定性。

无刷双馈风力发电机的设计原理主要包括了转子的结构设计和定子的绕组设计。

转子通常采用双馈风力发电机的设计,但是去掉了碳刷和换向器,改为了无刷转子。

这样可以减少系统的维护成本和故障率。

定子的绕组设计则需要考虑到风力发电机的特性和工作环境,保证系统的性能和效率。

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电机,其设计与控制技术对于提高风力发电机的效率和性能具有重要的意义。

本文将围绕无刷双馈风力发电机的设计原理、分析方法以及控制技术展开探讨,旨在提高读者对于这一新型风力发电技术的理解。

一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是在传统的双馈风力发电机基础上进行了改进,其设计原理主要包括无刷化技术和双馈技术。

无刷化技术是指将传统双馈风力发电机中的差动转子绕组和励磁绕组由刷子式调速器改为电子式调速器,从而实现了发电机的无刷化运行,即无需使用碳刷和滑环,减少了摩擦损耗和维护成本,提高了发电机的可靠性和稳定性。

双馈技术是指在发电机的转子上设置一个差动绕组和一个励磁绕组,分别接通到转子外的两个变频器上,这样可以实现发电机的双馈运行,从而提高了发电机的自起动能力和低速区的发电效率。

无刷双馈风力发电机不仅具备了传统双馈风力发电机的优点,还具有了无刷化的优势,使得其在风力发电领域具有了更广阔的应用前景。

1. 发电机的结构设计无刷双馈风力发电机的结构设计主要包括转子结构、定子结构和冷却系统。

在转子结构设计上,需要考虑差动绕组和励磁绕组的布局,以及电子式调速器和转子温度的控制。

在定子结构设计上,需要考虑定子绕组的布局和传热系统,以及发电机的外部接线和绝缘系统。

在冷却系统设计上,需要考虑发电机在不同工况下的热特性,选择合适的冷却介质和冷却方式,以确保发电机在长时间运行中不会因发热而出现故障。

2. 发电机的电磁设计无刷双馈风力发电机的电磁设计是其设计的关键部分,主要包括磁场分析、电路设计和电磁计算。

在磁场分析中,需要通过有限元分析软件对发电机的磁场进行分析,以优化磁路设计和减小磁损。

在电路设计中,需要根据磁场分析结果设计差动绕组和励磁绕组的电路,以实现双馈运行和无刷化控制。

在电磁计算中,需要进行电磁场和热场的耦合计算,以验证发电机设计的合理性和可靠性。

笼型无刷双馈电机转子的优化设计与有限元分析

笼型无刷双馈电机转子的优化设计与有限元分析
± =( p )・ P + () 1
无 刷双 馈 电机 需 要 在 同一 铁 心 中产 生 两 种 不 同极对 数 的 磁 场 ,可 采 用 彼 此 绝 缘 的 两 套 绕 组 , 也 可通 过 单 绕 组 的不 同 抽 头 连 接 来 实 现 ;对 于 双 绕 组方 案 ,两 套 绕 组 相 互 独 立 ,可 以通 过 对 绕 组 系数 的选 择 有 效 地 生 成 所 需 的磁 场 ,设 计 中有 较
3 转 子 结构 的优 化 设 计 及 有 限元 分 析
为 了实 现笼 型无 刷 双 馈 电 机 转子 的调 制 作用 ,
25 .

转子的结构设计就应该使转子磁势 中有用的 。 和 2 P 次谐波分量得 以提升 ,其他次谐波加 以抑制。
从 电机设计 的观点来 看 ,一 些 实用 的 P 和 P 组 合 。
维普资讯
微电机
20 0 7年
第4 o卷
第1 ( 期 总第 17期 ) 5
中图分类号 :T 3 2 M6
文献标识码 :A
文章编号 :10 -88 20 )1 )2 -2 O 1 4 (0 7 0 4 00 6 0
笼 型 无 刷 双馈 电机 转 子 的优 化 设 计 与 有 限元分 析
重视 。
由式 ( ) 1 可知 ,电机作 电动机 运 行 时 ,可通 过 调 节控制 绕 组 的 供 电频 率 来 调节 转 速 ;作 发 电机 运行 时 ,在不 同机 械 转速 r / 通 过调 节 控 制绕 组 , 下
的供 电频率 ,可保证定子功率绕组输 出恒定工频 的交流 电能 ,即实 现 了交流励 磁变 速恒 频发 电 。
为 了耦合 由定 子 绕 组 产 生 的 不 同 气 隙旋 转 磁

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
无刷双馈风力发电机是利用风能产生的机械能,通过发电机将机械能转化为电能。

相较于传统的直驱风力发电机,无刷双馈风力发电机有更高的效率和更低的维护成本。

在无刷双馈风力发电机的设计分析中,首先需要确定发电机的参数和结构。

发电机的参数包括电气参数、机械参数和磁学参数。

其中,电气参数包括电感、电阻、绕组等,机械参数包括转子惯量、转速等,磁学参数包括磁通密度、铁磁体材料等。

这些参数的选取必须符合发电机的设计要求,例如对功率、转速、效率、容错能力等方面的要求。

在确定发电机参数后,需要进行发电机结构设计。

无刷双馈风力发电机的结构一般包括转子、定子、变频器等部分。

转子包括永磁体和绕组,定子包括电感与绕组,变频器则用于控制电机的转速和电压。

此外,随着科技的发展,部分无刷双馈风力发电机还带有电容等辅助电路,来提高电机效率。

控制是无刷双馈风力发电机的关键技术之一。

控制旨在实现输出功率的最大化,同时保持电机的稳定运行。

控制系统通常采用电磁场定向控制等算法,以跟踪给定的转速和转矩。

此外,为了实现发电机的容错能力,无刷双馈风力发电机还需要具备过电流、过电压等保护功能。

总体来说,无刷双馈风力发电机的设计分析与控制是一个综合性的问题,需要考虑电气、机械和控制等多个方面。

随着风力发电技术的不断发展,相信无刷双馈风力发电机的应用将越来越广泛。

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制

探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备,采用无刷双馈技术可以提高发电机的效率和稳定性。

本文将对无刷双馈风力发电机的设计分析和控制进行探讨。

一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备,它采用无刷双馈技术,可以提高发电机的效率和稳定性。

无刷双馈风力发电机由外转子和内定子组成,外转子与风扇叶片直接相连,内定子与电网相连。

风扇叶片受到风力作用时,外转子受到转动力,经过齿轮箱传动到内转子上,内转子产生交流电,将电能送入电网,完成发电过程。

二、无刷双馈风力发电机的设计分析1. 外转子设计外转子是无刷双馈风力发电机的主要部件之一,它需要具备一定的强度和刚度,以承受风扇叶片受到的风力作用。

外转子的设计还需要考虑其与齿轮箱的连接方式,以及磁场的分布和导磁性能等因素。

3. 控制系统设计无刷双馈风力发电机的控制系统需要具备良好的稳定性和动态响应性能,以保证发电机在不同风速和负载条件下能够稳定地工作。

控制系统的设计需要考虑风力发电机的整体工作过程,并结合电力电子技术和自动控制技术,实现对发电机的实时监测和调节。

三、无刷双馈风力发电机的控制方法1. 自适应控制方法自适应控制方法是一种基于系统状态反馈的自动控制方法,它可以实时地对风力发电机的工作状态进行监测和调节,以实现对发电机的最优控制。

2. 模糊控制方法模糊控制方法是一种基于模糊逻辑的自动控制方法,它可以将人的经验和专业知识转化为模糊规则,以实现对风力发电机的精确控制。

3. 遗传算法控制方法遗传算法控制方法是一种基于遗传遗传算法的自动控制方法,它可以通过遗传进化的方式来寻求最优化控制策略,以实现对风力发电机的高效控制。

四、无刷双馈风力发电机的应用前景无刷双馈风力发电机具有高效率、稳定性和环保性等优势,逐渐成为风力发电领域的研发热点。

随着技术的不断进步和成本的不断降低,无刷双馈风力发电机将在未来得到广泛应用,并为全球清洁能源发展做出重要贡献。

绕线型无刷双馈电机的有限元分析

绕线型无刷双馈电机的有限元分析
3 . 湖 南 电气 职 业 技 术 学 院 电气 工 程 系 ,湘 潭 4 1 1 1 0 0 )
摘 要 :介 绍 了无 刷 双 馈 电机 的 工 作 原 理 和 结 构 特 点 , 重点 阐述 了绕 线转 子 绕 组 的绕 组 设 计 , 并利 用
An s o f t 的二 维瞬 态磁 场建 立 了这 种绕 线 转子 结 构 的 有 限元模 型 , 在 模 型 建好 后 , 对 其 利 用外 电路 加 不
是 专 门 的有 限元 分 析 软件 , 它在 建 模 和 电磁 场仿 真
方面 有着 其他 相关 软 件无 法超 越 的优 势 , 特 别 在 电 机 的优化设 计 方 面越 来 越 得 到人 们 的肯 定. 而 目前
对 B DF M 来说 , 主 要 有特 殊 笼 型 、 磁 阻 型 和 绕 线 型
据其 理论得 到其 转速 表达式 如下 所示 :

它取 消 了 电刷 和 滑环 , 使 用 小 容 量 的 变 频器 就 可 以
实 现 电机 的交 流调 速 , 基于 这些 , 国内外 学 者对无 刷 双馈 电机 的研 究从 没 间断 过 , 但 是 也 遇 到 了很 多 棘
手 的 问题 , 比如 电磁优 化设 计 和建模 等还 不成熟 , 因 此 寻 找一些 既实 用又 能达 到预期 目标 的方 法急 而待 之, 而 有 限元 就 是 其 中 的 一 种 手 段 和 方 法 , An s o f t
得 到 了这 种绕 线型 B D F M 的磁 力线 分 布 、 气 隙磁 密
波形, 并 对得 到 的气 隙磁 密进 行 了频 谱分 析 , 得到了

些与 常规 电机不 一样 的结论 .
1 B D F M 的 工 作原 理
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

h e i me d a d a ay e h e f ma c n t e d sg e D M y f t ee n t e d s t o n n l z s t e p r r n e o h e in d B F b i i l me t n g h o n e
中图分类号 T 0 文献标识码 A 文章编号 10 7 8 (0 8 0 — 0 1— 4 M3 1 0 8— 2 1 20 ) 1 0 1 0
De i n nd nie El m e tAna y i f Br s l s u y- d M a h n sg a t e n l sso u h eiogI n u3 egXa mi I u nQdn a dL g
Abta t rsls D u l—e c ie D M)i anw a oo dvlp di s c B uhes o beF dMahn (B F r s e cm t ee e n r o
的对称三相绕组构成 , P P 分别为功率绕组 、 控 制 绕组 的极 对数 , 常 P ≠p , 通 。 功率 绕组 直 接接 工
频 电源 ( , ) 控制 绕 组 接 人 变 频 电源 ( )P , P 、 的关 系如式 ( ) 1
n:6 0 () 1
Bod a 等学者在级联式无刷双馈 电机绕组的基 r wy a 础上发明了具有一套转子绕组和一套不同极对数 的定子绕组 , 并且具有一个共 同磁路的无刷双馈 电机 , 为无刷双馈 电机的设计与研究奠定了基础 。 本文在分析无刷双馈 电机原理 的基础上 , 对 无刷双馈电机的设 计方法进行了详细的分析 , 并 用 A SS N Y 工具对其进行了仿真研究。
r c n e r ,wh c a r a i e e c t r na y a t ri l cr ma n tc de e e ty a s ih h s a g e td f r n e wih odi r c moo n e e to g ei — sg in.Ba e n t e ee to g ei eai n o s d o h l cr ma n t r l t f BDFM ,t i p r p riu a l e e c e c o h s pa e a tc l ry r s a h s r
绕 组 数p


列数 据 : 额定 功率 、 定 电压 、 数及相 连 接方 式 、 额 相 额定 频 率 、 定转 速 或 同步 转 速 、 定 功 率 因数 。 额 额

通过上述数据进行 电机主要尺寸的计算 , 两套定 子绕组的设计以及转子 的设计 , 其中两套定子绕
图 1 无 刷 双 馈 电机 的 结构
组的设计包括极对数的确定 、 节距的选择 、 绕组匝 数 的计算 、 线规 的确 定 等 。
2 1 电机 主要 尺寸 的计 算 .
l 1
无刷双馈电机的定子绕组由两套极对数 不同
维普资讯
防 爆 电机
( X L SO j P O F E E T I C I E E P O I b — R O L C R CMA H N )
时的电机转速称为 自然同步转速 ; 前取负号的 调速 , 称为亚同步调速 前取正号的调速 , 称为 超 同步 调速 。
1 无刷 双 馈 电机 的原 理
无刷双馈 电机的结构原理图 , 如图 1 所示 。
2 无刷 双 馈 电机 的设 计
无刷双馈电机在 设计时 , 常需要先确定下 通
第40 8 20
3卷 (
l期 l ) 想

可以根据交流电机 的一般设计原则和方法 , 计算电机的初步尺寸参数 , 但由于无刷双馈 电机 不同于一般交流电机 , 它有两套绕组, 可以根据该 电机的功率关系… , 选择功率绕组的功率来作为 电机的主要尺寸 的依据 , 它可以同时满足 自然 同 步转速上 、 下调节时对功率的要求 , 因此计算功率 可 由式 ( ) 2 来确定【 2 ]
摘 要 无刷双馈 电机是近年发展起 来的新型交流电机 , 其电磁设 计方法与普 通交流 电机存
在较大差异 。本文在分析无刷双馈 电机 的电磁关 系基础 上 , 对它 的设计方 法进行 了详 细研究 , 运 用有限元分析方法对设计的无刷双馈 电机 进行 了性能分析 。
关键词
无刷双馈 电机
设计
有限元
维普资讯


憝 l期 1) 4 g 。 q
( PSNP OE C I A I) ELI — O E R CN XOO R FLTC HE M
邓先 明 袁启 东 卢 佳
防 机 爆电
无刷双馈 电机 的设计 与有 限元分析
中国矿 业 大 学信 息与 电气 工程 学院 , 苏徐 州(20 8 江 2 10 )
a a y i to n ss meh d. l Ke y wor s Br h e sd u l —e c i e,de i ,fn t lme t d us l s o b e f d ma h n sg n iie e e n .
O 引 言
无刷双 馈 电机是 近年 发展 起来 的一 种新 型 交 流调速 电机 , 结 构 和 工作 原 理 与 普 通 交 流 电 机 其 不同 , 是 由 级 联 异 步 电机 发 展 而 来 。Hut 它 n 和
p9 pc +
其中 ,—转速 ; n 一前取正 号时表示 控制绕组 的
三 相 电源 相 序 与 功 率绕 组 的三 相 电源相 序相 同 , 取 负号 时表 示两个 绕 组 的 电源 相序 相反 。 式 ( ) 明 , P 、 1表 当 P 一 定时 , 过改 变 控 通 制 绕组 的 电源 频 率 来 实 现 调速 目的 。当 = 0
相关文档
最新文档