新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析(2)

图5 24槽/22极样机设计图

Figure5 Designpictureofthe24-slot/22-poleprototypedgenerator

表3 样机主要尺寸参数

Table3 Keydimensionsandparametersoftheprototypedgenerator

相数m3

定子外径Dso/mm177.69

定子内径Dsi/mm130.70

有效轴长Ls/mm30

气隙g/mm0.7

永磁体极弧系数0.75

永磁体磁化方向转子铁心厚度厚度hpm/mm

5

Ryoke/mm6.25

线圈绕组匝数

Ncoil80

导线线径DC/mm1.50

每相电阻Rph/80.64

电机设计

第24卷第3期花 为,等:新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析

31

图8所示的为根据设计图纸所制作的一台24槽/22极模块化绕组的永磁风力发电机.图9所示为实验测量的三相空载波形以及对A相波形所做的谐波分析.显然,与理论和仿真结果相似,在采用集中绕组且定子和转子都没有采取斜槽或者斜极的情况下,三相空载电势的正弦度非常高,THD=1.56%,且三相波形对称.由表4所示的不同转速下空载电势的数据可见,在额定转速时的空载电压为234.8V,与设计要求240V非常接近.表5列举了样机在不同转速下带负载运行时的电磁转矩、输入机械功率、输出电功率及相应的效率值.可见,在额定转速500r/min,输出电功率1400W时,效率为88%.上述数据都满足了设计要求.

图6 24槽/22极电机空载磁场分布Figure6 Open-circuitmagneticdistributions

of24-slot/22-polegenerator

图8 24槽/22极样机

Figure8 Prototyped24-slot/22-polegenerator

图7 24槽/22极电机电磁性能仿真波形Figure7 Predictedelectromagneticperformance

-poletor

图9 实测空载电势波形及谐波分析Figure9 MeasuredEMFwaveformandharmonics

liload

电机设计

32

电力科学与技术学报 2009年9月

表4 样机空载测试数据Table4 Measuredresultsatno-load

转速/(r/min)

100200300400500

空载每相电势E0/V

46.793.3140.0185.3234.8

[2]郭继高.小型风能发电及其发电机(1):风能发电[J].微特电

机,1999,(5):39-42.

GUOJ-igao.Smallwindpowergenerationanditsgenerators(1):windpowergeneration[J].Small&SpecialElectricalMachines,1999,(5):39-42.

[3]郭继高.小型风能发电及其发电机(2):小型交流永磁风力发

电机设计特点[J].微特电机,1999,(6):36-38.

GUOJ-igao.Smallwindpowergenerationanditsgenerators(2):designofsmallACpermanentmagnetwindturbine[J].Small&SpecialElectricalMachines,1999,(6):36-38.

[4]郭继高.小型风能发电及其发电机(3):小型交流永磁风力发

电机的转子结构分析[J].微特电机,2000,(1):40-42.

效率/%0.710.810.850.870.880.89

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GUOJ-igao.Smallwindpowergenerationanditsgenerators(4):theexperimentofsmallwindturbine[J].Small&SpecialElectr-icalMachines,2000,(2):40-41,44.

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力发电机研制[J].微特电机,2000,(3):44-46.

GUOJ-igao.Smallwindpowergenerationanditsgenerators(5):

表5 样机带负载试验数据Table5 Measuredresultsatloads

转速/(r/min)100200300400500600

转矩/(N#m)7.7013.4019.2024.8030.1035.40

输入机械功率/W80.59280.51602.881038.291575.232223.12

输出电功率/W56.93227.73511.35908.151393.801981.03

3 结论

本文分析了一种新型模块化集中绕组永磁无刷电机,比较了其与目前广泛采用的分布绕组和常规集中绕组结构的电机性能,总结了该种电机的结构特点和性能优势.首次将其应用到风力发电领域,并以一台三相24槽/22极样机为例,通过试验结果验证了所做分析和设计的正确性.本文的研究结果对该类型电机的进一步推广,尤其是在微风发电领域的应用提供了理论依据.参考文献:

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