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1、2010.7,4卷,第7號(串行32號)能源與動力工程學(xué)報英文刊名,1934-8975,美國InfluenceofDesignParametersoncoggingTorqueinDirectlyDrivenPermanentMagnetSynchronousWindGenerators影響設(shè)計參數(shù)對齒槽扭矩直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機Q.L.Deng1,S.DHuang和F.Xiao21.電氣與信息工程學(xué)院,湖南大學(xué),長沙x10082,中國2.電子與信息工程系,湖南工程學(xué)院,Xiangtan411101,
2、中國收到:2010年2月28/接受:2010年4月14日/出版:2010年7月31日摘要:為了降低齒槽轉(zhuǎn)矩。本文研究的影響,一些參數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩由直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機?;谑S啻磐芏?,其齒槽轉(zhuǎn)矩的計算采用有限元方法。結(jié)果表明,許多參數(shù)影響齒槽轉(zhuǎn)矩和槽極數(shù)組合有重大影響齒槽轉(zhuǎn)矩。一個簡單的因素,介紹了顯示效果該槽極數(shù)組合。一些實踐經(jīng)驗降低齒槽轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于2兆瓦的三階段永磁同步發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速37.5轉(zhuǎn)風(fēng)能轉(zhuǎn)換。仿真和實驗結(jié)果驗證效果的方法。關(guān)鍵詞:齒槽轉(zhuǎn)矩,永磁,同步發(fā)電機,電機設(shè)計1.簡介在傳統(tǒng)的風(fēng)力
3、發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力機必須連接到發(fā)電機的變速箱。變速箱的存在將遭受機械故障和噪聲。在風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中為了避免定期維護和補充損失的變速箱,低速直驅(qū)永磁同步發(fā)電機使用[1,2]。不幸的是,由于磁場結(jié)構(gòu)的空間周期,在某些情況下齒槽轉(zhuǎn)矩可能會出現(xiàn)。齒槽轉(zhuǎn)矩可導(dǎo)致機械共振,振動,噪聲,和損壞傳動部件[3]。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中可以通過提高接入風(fēng)力發(fā)電機的速度,從而降低系統(tǒng)的效率??紤]到獲得動力取決于第三個風(fēng)力渦輪速度,也就是齒槽轉(zhuǎn)矩,還應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑O(shè)計成1.5%-2.5%的額定轉(zhuǎn)矩[4]。永磁電機的電磁性能是高度依賴于每極
4、槽數(shù)的數(shù)量和相位,磁體的形狀,定子槽和槽開放和傾斜角度,以及設(shè)計特點等輔助齒和槽[5]。在本文中降低齒槽轉(zhuǎn)矩的一些實踐經(jīng)驗將主要是基于2兆瓦的三相永磁同步能量轉(zhuǎn)換的風(fēng)力發(fā)電機。影響的槽極數(shù)組合對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響,及其與其他各種設(shè)計參數(shù)以及設(shè)計特點等輔助齒和槽的考慮。2.轉(zhuǎn)矩的理論依據(jù)和齒槽轉(zhuǎn)矩分析表面式永磁同步發(fā)電機的幾何形狀的是本文討論的重點。眾所周知,齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是通過互動重組和有槽電樞相互的結(jié)果之間產(chǎn)生的。這是由于能量的變化在一個沒有電流機器里的繞組里。由于能量的變化在空氣和互動重組和相比是微不
5、足道的,靜磁能量可以給出如下:因此,齒槽轉(zhuǎn)矩可以表示為[9]:其中,B(θ,α),G(θ),V,,α,和是氣隙磁通密度,相對于氣隙磁導(dǎo)函數(shù),與氣隙的滲透和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān),永磁同步和定子半徑與許多有效長度有關(guān)。在這里,永磁同步的通透性是被認為和空氣一樣的。由于永久機的互動重組和插槽均勻,Bα和G(θ)能近似的使用傅里葉系數(shù):其中,,和分別為插槽的數(shù)量,互動重組和相應(yīng)的傅里葉系數(shù)。用均衡器。(3)和(4)式(2),利用沒有正交性的功能,齒槽扭矩可以有下面的形式表達:是槽極數(shù)和齒極數(shù)和之間的最小公倍數(shù),
6、對應(yīng)著相應(yīng)的傅里葉系數(shù),齒槽轉(zhuǎn)矩可以減少控制,,和基本周期。因此,各種設(shè)計技術(shù)進行了重點控制和諧波成分的氣隙磁導(dǎo)函數(shù)的平方和磁通密度函數(shù)。3.槽數(shù)和極數(shù)組合的選擇從式(5)可以發(fā)現(xiàn),齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率與最小公倍有關(guān)。圖1-3表明齒槽扭矩波形對應(yīng)不同極數(shù)和槽數(shù)結(jié)合在兩個齒之間。對于一個風(fēng)機有一個整數(shù)槽數(shù)的2倍極交替的齒槽扭矩和經(jīng)驗2周期性轉(zhuǎn)動時通過齒兩個齒。例如,一風(fēng)u機180槽和90極的齒槽扭矩,扭矩(見圖1)是非常大的,但采用分?jǐn)?shù)槽數(shù)可以減少齒槽扭矩。當(dāng)極數(shù)改為96或160的齒槽扭矩時,可以降低扭矩。價
7、值的減少取決于的大小。例如,當(dāng)磁鐵極弧系數(shù)極間距”α=0.8和其他配置參數(shù)的比率是一樣的扭矩時,扭矩在2=90是足夠高達4323218,占80%以上的額定轉(zhuǎn)矩。齒槽扭矩2p=120是179970,占24%以上的額定轉(zhuǎn)矩。而齒槽扭矩在2p=96是179.2478,只占不到0.1%的額定轉(zhuǎn)矩。當(dāng)“α=0.75,=90的齒槽轉(zhuǎn)矩時也高達414693。齒槽扭矩2p=120是132273的,而齒槽扭矩在2p=96時只有63.458。我們可以發(fā)現(xiàn),較大數(shù)量的周期齒槽扭矩,較小的規(guī)模的齒槽扭矩。一些數(shù)目在一個牙齒的
8、最小整數(shù)使是一個整數(shù)。它可以表示為:我們可以發(fā)現(xiàn),GCD(,)是較大的周期齒槽扭矩,其中,槽數(shù)的最大公約數(shù)是極數(shù)最大公約數(shù)。在一個牙齒的最小整數(shù)使成為整數(shù)。它可以表示為:這樣可以選擇合適的組合之間的極數(shù)和槽數(shù)有效的降低齒槽轉(zhuǎn)矩。一般而言,較大的最小公倍數(shù),和較小的槽數(shù)、極數(shù),可以小幅度減小齒槽轉(zhuǎn)矩。以幫助選擇、,引入表示影響槽極數(shù)組合,適合齒槽轉(zhuǎn)矩有關(guān),在那里:較大的因子與齒槽扭矩之間的關(guān)系。由于高磁極數(shù)直接驅(qū)動的永磁同步發(fā)電機分?jǐn)?shù)槽/極點配置,必須使用