半直驱MW级轴向磁通永磁风力发电机电磁设计与分析

在大功率直驱式风力发电机设计中,针对轴向磁通永磁发电机径向尺寸大、后期维护成本高的问题,文章将轴向磁通永磁发电机设计为大功率半直驱式风力发电机。以2 MW半直驱轴向磁通永磁发电机为研究对象,研究其参数设计原则和方法。通过探究不同极对数对发电机输出性能的影响,确定满足设计目标的发电机优选方案。采用3D有限元分析法对发电机空载和额定负载工况下的气隙磁密、电压、电流波形以及输出功率、损耗和效率进行分析,验证发电机电磁设计的正确性,发电机效率可以达到97.79%,具有损耗小、效率高的优点。通过与现有发电机进行对比,文章所提出的半直驱MW级轴向磁通永磁发电机径向尺寸显著减小,且在轴向尺寸和齿槽转矩方面比现有径向磁通结构的大功率半直驱永磁发电机表现更优。

复杂工况条件下刮板输送机永磁半直驱系统机电耦合特性研究

提出一种由永磁同步电机和行星减速器组成的刮板输送机永磁半直驱系统。基于Adams和Matlab/Simulink搭建刮板输送机机械系统多体动力学模型和永磁半直驱控制系统模型,完成机电耦合系统的联合仿真。对刮板输送机空载、轻载和重载等多种工况进行仿真分析,得到各工况下永磁电机的输出特性和刮板输送机的动力学特性。研究结果表明:永磁半直驱系统能够实现低速大扭矩的快速输出,转速输出波动小,转矩输出具有良好的跟随性;永磁半直驱系统具有良好的启动性能和传动平稳性。刮板输送机机头转速、链环速度、链条张力在链轮多边形效应影响下呈周期性波动,受多边形效应影响链环在啮合过程中发生滑移,使得接触力呈波动变化,负载转矩和链条张力的波动随负载增大而加剧,随链轮转速增大而增大。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

5MW半直驱永磁风力发电机设计及关键特性研究

目前半直驱机型已成为风力发电机组陆上机型的研发重点,发电机作为重要的传动部件,其性能参数的合理性对传动链总成的影响极大。本文基于5.5 MW半直驱风力发电机,对其从空载特性、负载特性、短路特性等方面进行了仿真计算,对其他关键性参数进行了重点分析。根据齿槽转矩数据进行发电机定转子结构选型;通过对比单相、两相、三相短路故障下最大短路电流值进行退磁仿真;最后本文提出一种仿真方法计算出定子齿部电磁激振力,并通过Romax软件分析其对传动链总成的振动影响,为后续传动链设计及动力学研究提供了一定的理论与实践基础。

海上半直驱永磁风力发电机电磁设计与温度场分析

以海上16 MW半直驱永磁风力发电机作为研究对象,基于有限元分析方法针对不等气隙条件下电磁特性、冷却结构设计及温度场仿真展开研究,结果表明优化后的电机能够合理地降低电机损耗,提高电磁性能,水套冷却和空水冷却相结合的冷却方式散热效果良好。通过型式试验,验证了电机设计的合理性。该电机的设计对海上永磁风力发电机大型化的发展发挥了重要作用。

半直驱永磁同步电动机在油田生产中的应用

游梁式抽油机,具有结构简单,操作方便,野外应用适应性强等特点,但存在皮带传动效率损失、能耗高、有一定操作安全风险等问题。半直驱永磁同步电动机无传动皮带,将电动机的输出转矩直接传递给抽油机减速箱,高效节能,使用安全,符合油田绿色低碳可持续发展的要求。

半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀的故障诊断分析

轴承滚道形貌出现“搓衣板”纹路的故障模式是风电机组常见的主要故障之一。针对半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀故障,首先通过在线监测系统采集发电机轴承运行时的振动信号,然后对振动信号故障特征进行提取与诊断分析,研究和复现轴承滚道微电流腐蚀的失效模式和故障发展历程,最后同步验证抑制轴电流的措施的有效性,以此保障风电机组健康可靠地运行。分析表明:该故障风电机组的发电机轴承滚道出现的“搓衣板”纹路并非轴承的主要失效模式,而是轴承滚道发生二次损伤的表现。随着时间推移,轴承滚道出现的损伤(浅坑)纹路逐渐重复叠加并变得更加清晰,说明该发电机的主要失效模式为轴承微电流腐蚀。

永磁半直驱刮板输送机齿轮传动系统非线性动力学研究

以SGZ1000/1050型刮板输送机为例,介绍一种永磁半直驱刮板输送机齿轮传动系统非线性动力学分析方法。该方法主要从正常运行条件与典型故障条件2个方面出发,计算分析齿轮的非线性动力学特性,以寻找出输送机齿轮的薄弱点,有利于永磁半直驱刮板输送机齿轮传动系统的优化设计,增强刮板输送机在实际应用中的工作效果,具有一定应用价值。

大兆瓦等级中速永磁风力发电机电磁激振谐响应分析

半直驱风力发电机具有中速永磁的特点,与成熟的直驱永磁发电机相比,在转速、频率、结构、永磁固定方式、冷却方式及通风结构都存在很大不同。它兼顾了直驱的可靠、高效和双馈的低成本、小体积等优势,在近年风电整机价格的持续走低的背景下,有了较快的发展和提升。半直驱风力发电机电磁激振谐响应分析因为具有多学科耦合、建模复杂等特点,研究难度较高。本文通过对大兆瓦等级中速永磁风力发电机的设计研究,形成了电磁激励载荷的分析与提取、机电耦合分析模型的简化与建立、谐响应分析、真机试验测试对比等一整套方法,系统解决了电磁激振谐响应分析的难题。

基于ADPSS的直驱风机半实物仿真研究

高比例新能源设备给电网带来电源不确定性增高和转动惯量变弱等问题,通过含新能源设备精细化模型的大电网仿真可拟合设备运行控制特性,校验控制策略,提前预防电网潜在风险,有效提高电网安全性。新能源设备模型的建模精度影响大电网仿真精度,为解决新能源设备模型的精度问题,利用贴近实际设备的半实物仿真平台开展高低电压穿越等工况仿真。通过使用ADPSS(advanced digital power system simulator,ADPSS)技术,利用相关基础元件建立直流卸荷回路,结合相关两电平换流器控制策略,搭建详细的单电机双功率单元两电平直驱风机半实物仿真电磁模型,并通过直接频率控制方法优化模型,从而增强了半实物仿真的稳定性,结果比对显示,直接频率控制方法优化模型降低了仿真的波动性,可有效提升仿真的准确性。

地铁永磁直驱牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真研究

文章以地铁永磁直驱系统为对象,具体阐述了牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真系统的设计与实现过程,首先建立地铁永磁直驱牵引传动系统主电路的“CPU+现场可编程门阵列(FPGA)”模型,将其与车载牵引控制器(TCU)实物进行联合调试仿真,并通过对比仿真结果与地面联调试验数据进行验模,仿真结果与设计目标转矩的相对误差满足±5%的要求;然后联合车辆动力学模型,搭建牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真平台,通过牵引传动模型对车辆动力学模型施加电机转矩,并将车辆运行速度反馈给牵引传动模型,实现牵引传动和动力学的动态协同仿真。结果表明,车辆动力学响应可反映电机转矩脉动的影响,计算结果的频率成分更加丰富,更加符合真实情况,与单学科仿真相比更加具有优势。

考虑齿侧间隙的风力机齿轮箱行星传动系统非线性动力响应分析

分析考虑齿侧间隙的大型半直驱永磁同步风力发电机齿轮箱行星传动系统的非线性动力学响应。使用集中参数法,建立包含啮合刚度、支承刚度、齿侧间隙、传动误差以及外部载荷激励的动力学模型。应用RungeKutta算法进行求解,分别分析输入转速与齿侧间隙对系统非线性响应特性的影响。结果表明,提高转速会增大各构件的扭转振动角位移,但各频率成分未发生明显改变。此外,在齿轮存在双侧间隙的情况下,随着齿侧间隙的增大,系统的非线性逐步增强,系统冲击状态由无冲击转为单边冲击,响应类型由准周期响应转为混沌。

双馈、直驱风力发电机特点分析

随着部分风电基地脱网事故频发及国家新能源产业政策调整,风电行业由早前的"井喷"式发展进入过冬期,绝大部分风电主机企业借此机会进行自查整改,同时业内对于双馈与直驱技术孰优孰劣的讨论更加激烈,希望通过对有刷双馈风电、无刷双馈风电、直驱风电、半直驱风电的特点分析,为今后风电制造发展提供一定的参考。

1.5MW风力发电机组机械结构设计

详细介绍了1.5 MW风力发电机组机械结构设计,主要包括基于半直驱式变速恒频风电机组的总体方案设计、变桨减速器设计和主传动系统设计等,为加快风力发电机组机械结构国产化和风力发电机组的维修及维护提供依据。

不同转子结构的永磁半直驱同步风力发电机电磁场的计算与分析

以1.5MW永磁半直驱式同步风力发电机为研究对象,设计了定子252槽、转子32极、永磁体在转子嵌放位置不同的发电机方案,建立电磁场二维有限元计算模型。分别给出两台风力发电机空载和负载两种工况下的磁场波形,并给出两台电机各取一个单元电机内的负载径向气隙磁密谐波分解图,同时计算了负载时绕组磁动势的谐波含量。此外,对相同类型结构的小型永磁同步风力发电机的实测数据与理论计算结果进行比较,为设计大容量永磁半直驱风力发电机提供了一些有意义的参考。

抽油机永磁半直驱技术改造研究

目前,油田节能技术有了极大的进步,针对传统抽油机井开展的节能改造技术种类较多,数量大,效果各异。永磁半直驱技术作为一项新型节能技术,从改变传统驱动方式出发,简化了传动环节,去除了皮带等环节,现场测试表明,具有较好的节能增效的效果。该技术对传统抽油机减速环节进行了改造,为进一步验证改造后对原抽油机关键部位结构的影响,结合其安装部位,对其改造前后抽油机受力状况进行了计算分析,验证了其改造可靠性,为扩大技术应用、提升节能降耗效果提供了有效保证。计算表明,应用永磁半直驱改造后抽油机的减速器、输入轴、齿轮的安全系数均大于1,能够满足现场生产需求。

永磁半直驱技术在T油田的应用与认识

永磁半直驱技术在T油田历经三年多试验,各方面均获得了一定的认识。永磁半直驱技术在设计上的优势决定了其具有较好的节能效果,与变频控制的普通异步电动机拖动系统相比,其平均节电率可达16.2%,平均系统效率高出4%。因功率利用率范围较宽,永磁半直驱电动机在进行额定功率选择时与普通异步电动机不同,这可以降低设备购买的成本。永磁半直驱电动机自身结构及机械特性决定其相同输出功率时与普通异步电动机的电流不同,因此用电动机上电流进行机采井清蜡点确定时,永磁半直驱电动机的上电流变化值一般为2~3 A。永磁半直驱同步拖动装置的投资回收期约为3.4年,其创效时长约为6~8年。永磁半直驱同步拖动装置冲次适用范围宽、节约皮带、节省人力和油料资源,对提高生产效率和人力资源优化起到一定积极作用。

风力发电机组驱动系统方案对比

目前有三种变速风力发电动力驱动系统:带转差功率补偿的双反馈异步发电机、无齿轮箱永磁同步发电机和整合低速齿轮箱的永磁发电机。这三个方案的定性比较已有许多讨论,但量化分析很少,根据美国国家可再生能源实验室的报告介绍量化比较数据,从分析结果来看半直驱方案可能更有前途。

直驱风力发电单元的电磁暂态半隐式延迟解耦与仿真方法

由于现有风电场规模大,所含风机数量多,同时风机自身建模与仿真难度高,因此风电场电磁暂态仿真效率低下。针对以上问题,该文基于半隐式延迟解耦原理提出一种直驱风力发电单元的细粒度解耦与并行仿真方法,以实现直驱风力发电单元高效电磁暂态仿真。首先利用矩阵分裂原理,按照状态变量进行分组,并将直驱风力发电单元分解为多个子系统。采用半隐式延迟解耦方法实现直驱风力发电单元不同状态变量组之间的时间延迟解耦。基于半隐式延迟解耦递推格式,构建了直驱风力发电单元的解耦模型,并分析了该模型的特点,设计了计算时序和流程。实际算例仿真结果表明,该文方法在提高直驱风力发电单元电磁暂态仿真的计算效率的基础上还兼顾了较高的仿真精度。

变速恒频风电机组系统方案比较

首先叙述了变速恒频运行的双馈、直驱和半直驱风电机组的特点,然后根据美国国家可再生能源实验室的报告,以年发电量、运行和维护成本、度电成本(COE)等指标,对1.5MW不同类型的风电机组进行量化比较。其结果表明:双馈风电机组使用标准组件,重量轻,成本最低,年发电量较低;直驱式风电机组成本最高,但维护成本低;半直驱风电机组价格不是很高,维护成本和COE低,年发电量高,是一种很有竞争力的机型,应用前景广泛。