【摘要】：針對永磁發(fā)電機氣隙磁密無法調(diào)節(jié)從而使得輸出電壓受負(fù)載變動和環(huán)境溫度變化影響較大的不足之處,本文提出了一種新型并列結(jié)構(gòu)混合勵磁同步發(fā)電機,永磁電機部分和電勵磁電機部分并列安裝,由于兩部分電機定子鐵心彼此獨立,共用一套定子電樞繞組,兩部分在定子電樞繞組中感應(yīng)出的電勢可以相互疊加,完成混合勵磁的功能；通過調(diào)節(jié)電勵磁部分勵磁電流的大小和相位,最終達(dá)到輸出電壓可調(diào)的目的。本文采用田口方法對電機結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,利用優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別建立了11KW永磁發(fā)電機的場路-耦合仿真模型和電勵磁部分的電機模型,并混合勵磁發(fā)電機的空載特性和負(fù)載特性進行了仿真分析與研究。本文首先推導(dǎo)出永磁同步發(fā)電機內(nèi)部的磁場方程、電機繞組回路方程以及外電路的連接關(guān)系在內(nèi)的時步有限元場路-耦合離散模型；利用田口方法對永磁電機轉(zhuǎn)子部分進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高了電機的穩(wěn)態(tài)運行性能,并利用優(yōu)化后建立的永磁同步發(fā)電機場路-耦合模型,對發(fā)電機的空載運行、負(fù)載運行和三相故障運行特性進行了仿真分析,得到了各種運行情況下的三相電流、電壓曲線,驗證了二維場路-耦合仿真模型的正確性。然后,再次利用田口方法對混合勵磁發(fā)電機電勵磁部分的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化,得到了較好的電勵磁空載氣隙磁密波形。根據(jù)電勵磁部分的電磁場方程,通過ANSYS軟件編寫時步有限元程序,并借助于MATLAB軟件對新型混合勵磁電機電勵磁部分的氣隙磁密進行處理,對優(yōu)化后的模型進行了空載仿真分析。最后,對混合勵磁發(fā)電機進行了有限元分析,采用二維有限元數(shù)值計算簡化計算過程；通過靜磁場法分析了永磁電機部分和電勵磁電機部分的空載特性,得到了混合勵磁發(fā)電機的空載特性；推導(dǎo)了混合勵磁發(fā)電機的電壓平衡方程式,建立了混合勵磁發(fā)電機性能參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。從而對混合勵磁電機的負(fù)載特性及外特性進行數(shù)值分析研究打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In view of the shortcomings that the air gap magnetic density of permanent magnet generator can not be adjusted, so that the output voltage is greatly affected by the change of load and ambient temperature, a new type of parallel structure hybrid excitation synchronous generator is proposed in this paper. The permanent magnet motor part and the electric excitation motor part are installed side by side. Because the stator cores of the two parts are independent of each other, a set of stator armature windings is shared, and the electric potentials induced by the two parts in the stator armature windings can be superimposed with each other. Complete the function of hybrid excitation; By adjusting the magnitude and phase of the excitation current, the output voltage can be adjusted. In this paper, the Taguchi method is used to optimize the structure of the motor, and the field circuit coupling simulation model and the motor model of the electric excitation part of the 11KW permanent magnet generator are established by using the optimized structural parameters. The no-load and load characteristics of hybrid excitation generator are simulated and studied. In this paper, the time step finite element field circuit coupling discrete model, including the magnetic field equation in the permanent magnet synchronous generator (PMSM), the circuit equation of the motor winding and the connection relationship of the external circuit, is derived. The structure of the rotor part of the permanent magnet motor is optimized by using the Taguchi method, and the steady-state operation performance of the motor is improved. The no-load operation of the generator is carried out by using the optimized field-coupling model of the permanent magnet synchronous generator. The load operation and three-phase fault operation characteristics are simulated and analyzed, and the three-phase current and voltage curves under various operation conditions are obtained, and the correctness of the two-dimensional field-circuit coupling simulation model is verified. Then, the Taguchi method is used to optimize the structure of the excitation part of the hybrid excitation generator, and a good magnetic density waveform of the no-load air gap is obtained. According to the electromagnetic field equation of the electric excitation part, the time step finite element program is compiled by ANSYS software, and the air gap magnetic density of the electric excitation part of the new hybrid excitation motor is processed by means of MATLAB software, and the no-load simulation analysis of the optimized model is carried out. Finally, the finite element analysis of hybrid excitation generator is carried out, and the two-dimensional finite element numerical calculation is used to simplify the calculation process. The no-load characteristics of permanent magnet motor and electric excitation motor are analyzed by magnetostatic field method, and the no-load characteristics of hybrid excitation generator are obtained. The voltage balance equation of hybrid excitation generator is derived, and the mathematical model between the performance parameters of hybrid excitation generator is established. Thus, the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor are analyzed and studied numerically, which lays a foundation for the numerical analysis of the load characteristics and external characteristics of the hybrid excitation motor.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM31

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本文編號：2490939