海上多極低速永磁風力發電機電磁計算分析

姜立兵 王闖 鄭浩康

摘 ?要：作為直驅式風電機組的關鍵部件，永磁同步發電機被廣泛應用在直驅式風電機組中。本文以一臺3MW直驅永磁風電機組中的發電機為研究對象，進行發電機電磁計算分析，利用ANSYA中的Maxwall模塊對電機進行電磁計算，對繞組，鐵芯，永磁體等復雜部件進行等效和簡化，建立發電機的電磁仿真模型，分析電機銅耗、鐵耗，雜散損耗等其他損耗。

關鍵詞：直驅永磁風力發電機;電磁計算;電磁仿真

引言

在電機設計階段，只有對樣機的溫度分布和電機所需部件的平均溫升進行初步計算和確定，才能合理配置和調整各種性能指標、技術要求和材料消耗。使得設計方案更加合理，避免了在試生產過程中由于溫度升高而導致研發失敗和成本增加。因此，準確計算電機內部的溫度分布對電機的設計具有非常重要的指導作用[1]。

本文根據有限元理論分析，應用軟件ANSYS中Maxwell模塊進行電磁仿真計算，找出電機內部的損耗。經過這些分析，不僅對電機的設計和安全運行具有重要意義，而且對工程具有重要意義。

1永磁風力發電機電磁設計參數

在電機設計中，集電環和電刷裝置是故障率和更換率非常高的部件，永磁發電機用永磁體代替勵磁繞組，省去直流勵磁電源。

與其它電機設計過程一樣，風電機組用永磁同步電機電磁計算也包括主要尺寸計算、磁路計算、參數計算和性能計算四大部分構成。下面給出3MW電機的基本參數要求，初始設計數據如下：

2.1磁路計算

永磁電機磁路計算的主要目的是確定永磁體產生的空載磁通量的大小，從而計算出永磁電機的氣隙磁密、定子齒部、軛部磁密和轉子軛磁密。最后，確定定子繞組中感應的空載電動勢。

3仿真分析

在本文中，電磁計算作為發電機傳熱分析的必要步驟，其主要目的是為電機尺寸、定子槽寬等參數給予理論支撐。而電磁仿真則是為了驗證電磁計算的結果是否符合實際情況。通過仿真結果中的云圖，可以看出電機的熱負荷主要分布位置。

本文選用的電磁計算軟件為ANSYS中的Maxwall模塊。由于是按照所給參數自動生成，其余的條件均由系統自行給定。生成后的電機模型、能量云圖結果顯示計算結果與仿真結果相差不大，在合理的范圍內。

4結論

在本文的理論研究中包括電磁部分和仿真部分。電磁部分主要是利用已知的基本數據，通過電磁計算來確定一些電機的參數。另外最主要的是要確定出來電機各個部分的損耗，以便后續的有限元分析。仿真部分通過仿真結果中的云圖，可以看出電機的熱負荷主要分布位置。希望本文能對多極低速永磁海上風電的后續研發能起到借鑒作用。

參考文獻

[1] ?吳勝男. 100kW混合勵磁風力發電機設計及電抗參數計算[D].沈陽工業大學，2011.

[2] ?高劍. 直驅永磁風力發電機設計關鍵技術及應用研究[D].湖南大學，2013.