750W12_8极垂直轴开关磁阻风力发电机设计及优化.pdf

摘 要 摘 要 我国地处北半球，地域辽阔，有着取之不尽的风力资源，所以在风能利用上有 绝对的优势。随着国家节能减排、保护环境意识的提高和煤改电、电动汽车等新能 源政策的推广，风力发电由过去的集中式逐步向分布式发展。随着风电技术的发展， 相较于噪声巨大、体积结构庞大、成本高、控制操作复杂的水平轴风力机，垂直轴 风力机以其体积小、发电效率高、成本低、控制简单等优势符合分布式新能源发电 技术的要求。 开关磁阻发电机(SwitchedReluctanceGenerator,简称 SRG)结构简单坚固、成本 低、适合批量生产，将成为直驱式垂直轴风力发电的主力型发电机之一。因此研究 适用于风电系统的高效率、高稳定性的开关磁阻发电机有重要意义。 本文以低成本分布式风力发电系统为目标，以开关磁阻发电机为研究对象，针 对风电系统对效率及稳定性的要求，应用现代电机优化设计理念从电磁及结构角度 对其进行优化设计，设计出一台功率750W 的开关磁阻风力发电机样机，探索开关 磁阻风力发电机的设计及优化方法，并通过仿真验证设计方案的合理性和可行性。 首先对直驱式垂直轴风力机基本原理、开关磁阻发电机相关原理等基础知识进 行了阐述，为课题的研究在理论上打下了坚实的基础。其次，根据课题要求对直驱 式垂直轴开关磁阻风力发电机进行设计。通过理论计算得到风轮结构参数，完成了 风轮设计和优化；基于现代电机设计理论，通过相关计算并结合经验数据、类比思 想等对电机尺寸进行了初算，运用合理的优化方法，对开关磁阻电机关键参数 （槽 满率、相有效电流、相电流密度、额定转速、效率和额定转矩）完成仿真优化计算。 利用 Ansoft 软件中RMxprt 及Maxwell模块进行了参数优化及有限元仿真分析。采 用 Matlab/Simulink 软件完成开关磁阻风力发电系统的非线性仿真模型的搭建，并对 其进行了模拟仿真验证，为后续的实物验证提供了理论基础。 关键词 直驱式垂直轴风力发电机；开关磁阻发电机；Ansoft 有限元分析；MATLAB 非线性仿真模型； I Abstract Abstract China has an absolute advantage in total available wind energy due to its geographical location and vast territory.As the government vigorously advocating energy conservation, emission reduction, and launching a series of energy policies such as coal to electricity and electric vehicles, wind power has gradually evolved from centralized to distributed. As wind power technologies progress, compared with horizontal axis wind turbines which have huge noise, large volume structure, high cost, and complicated control operations, vertical axis wind turbines could better meet the requirements of distributed new energy generation technology because of its small size, high power generation efficiency,low cost and simplecontrol. With the simple and sturdy structure, low cost features, Switched Reluctance Generator (SRG)willbecome one of