磁悬浮风力发电机结构参数设计及控制研究

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随着世界化石能源的逐渐消耗,利用可再生资源,改善能源结构,减少对化石能源的依赖成为当今世界能源的发展战略。风能是一种具有竞争性的可再生资源,目前世界各国包括我国都在大力发展风能的开发和利用技术。然而传统的风力发电机具有起动转矩大、起动风速高、风能利用率低和设备维护成本高等缺点,严重地制约着风力发电技术的发展。磁轴承支承技术原理上没有机械接触,从根本上消除了摩擦力矩,将磁轴承支承技术应用于风力发电技术中,可以有效地降低风力发电机的起动力矩和起动风速,提高风能的利用效率,具有很大的研究价值。本文在国家自然科学基金(61174055)和江苏省“六大人才高峰”项目(2011-ZBZZ026)的资助下,对一种新型的磁悬浮风力发电机进行了研究,具体研究内容如下:  首先,针对目前出现的磁悬浮风力发电机具有系统结构复杂和控制成本高等缺点,提出了一种系统结构和控制相对简单的新型两自由度磁悬浮风力发电机。该两自由度磁悬浮发电机结合一个三自由度混合磁悬浮轴承可以组成五自由度悬浮风力发电系统。与传统利用主动磁悬浮轴承取代机械轴承的磁悬浮风力发电系统相比,该电机在继承了磁悬浮发电机的一系列优点的同时,又可以增加电机的轴向和径向利用率,降低了电机的控制成本。  其次,介绍了该新型磁悬浮发电机的结构和工作原理,并对该新型磁悬浮电机的主要组成部分,包括一台永磁同步发电机和一个八极外转子磁悬浮轴承,进行了主要参数设计和优化,并给出了具体的参数实例。  最后,根据所设计的具体参数,在有限元分析软件中建立了该新型磁悬浮电机的二维几何模型,对该新型磁悬浮风力发电机的磁场分布和转子环所受磁悬浮力进行了分析,结果表明该新型磁悬浮电机的磁场分布情况良好,内部磁轴承能够产生足够大的悬浮力对电机的转子进行支承,可以实现转子的稳定悬浮。并利用TMS320F2812 DSP构建了二自由度主动磁轴承的数字控制系统硬件平台,给出了系统软件中的主程序和中断子程序流程图,并对控制系统部分硬件电路的功能进行了介绍。
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