基于有限元分析的双转子永磁风力发电机设计及研究

qianqiang02

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摘要
随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，风力发电作为最具竞争力、最有发展
前景的一项可再生能源技术，在全球范围内得到了高度重视。双转子永磁风力发电机具
有与传统电机不同的旋转模式，其电枢转子与永磁转子相向旋转，同样风速条件下发电
能力提高一倍，最低工作风速降为普通永磁风力发电机的一半，最高工作风速与普通永
磁风力发电机一样，能加宽工作风速范围和提高风能利用率。同时，同样的极对数下双
转子永磁风力发电机的工作转速只需普通永磁风力发电机的一半即可，因此在风力发电
尤其是直驱式风力发电领域具有独特的优势。
双转子永磁风力发电机的结构设计和电磁设计相对普通电机更加复杂，动态性能与
普通电机有很大不同，目前我国双转子永磁风力发电机的研究还处于起步阶段，因此对
其进行设计和研究将具有重要的理论和实际意义。为此，本文设计了一种具有低起动风
速的双转子永磁风力发电机，并采用有限元法对其进行了全面分析。
首先简单介绍了双转子永磁风力发电机的工作原理、特性及数学模型，对其结构和
电磁部分进行了设计。在设计过程中，利用等效磁路法对双转子永磁风力发电机进行分
析计算，提出了一些新的参数计算和选取方法，在此基础上编制了基于C++语言的双转
子永磁风力发电机场路结合电磁设计程序。
针对双转子永磁风力发电机空载和负载时的模型进行了静态电磁场分析和计算，基
于有限元分析和电磁设计程序详细分析了长径比、气隙长度和永磁体磁化方向长度对双
转子永磁风力发电机其他参数和性能的影响，并以此为根据对这三个参数进行了优化选
取，以提高双转子永磁风力发电机设计的可靠性。
双转子永磁风力发电机作为一种新型电机，其最大创新点在于内、外转子可以自由
旋转，静态磁场的分析不足以反映其动态性能，本文采用场路耦合时步有限元法对双转
子永磁风力发电机进行了分析。用有限元法计算瞬态磁场时，需要考虑内、外转子之间
的相对运动，普通电机运动边界的处理方法已不适用，针对双转子永磁风力发电机提出
了一种双运动边界法以建立内、外转子运动边界上节点的对应关系。建立了双转子永磁
风力发电机的场路耦合数学模型，并对时间进行离散，采用Newton-Raphson法处理非
线性的方程组，详细分析了空载和不同负载条件下的磁场分布情况和相关性能指标。最
后，基于能量法和傅立叶变换推导了双转子永磁风力发电机齿槽转矩的解析表达式，并采用Maxwell tensor法针对极弧系数的选择计算了双转子永磁风力发电机的齿槽转矩。
用两台直流电机分别拖动内、外转子同速相向旋转，进行了三相及整流稳压后的空
载、额定负载以及效率试验等，输出电压、功率及效率均达到设计要求且试验结果与程
序计算结果、有限元仿真结果吻合较好，验证了双转子永磁风力发电机设计及分析的正
确性。
关键词：双转子永磁风力发电机；结构设计；电磁设计；场路耦合时步有限元法；齿槽
转矩

chenjinhua024

回复 1# qianqiang02

好像是华南理工曹江华的博士论文吧

double

谢谢楼主共享，双转子电机做的还是比较少的

Snowming

双转子我做过，V12版本可以算双band，另外也可以通过等效。

lhsh179036

谢谢楼主分享

cheouhe

谢谢分享，下来用用，支持

402909230

谢谢楼主的分享，真的是好东西呀。我们现在接触新的东西就靠这些博士论文了，还有就是硕士论文。真的不错，谢谢楼主的分享。谢谢了！