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1、Influence of Design Parameters on cogging Torque inDirectly Driven Permanent Magnet Synchronous WindGenerators影響設(shè)計(jì)參數(shù)對齒槽扭矩直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 摘要：為了降低齒槽轉(zhuǎn)矩。本文研究的影響，一些參數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩由直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)?；谑Ｓ啻磐芏?，其齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算采用有限元方法。結(jié)果表明，許多參數(shù)影響齒槽轉(zhuǎn)矩和槽極數(shù)組合有重大影響齒槽轉(zhuǎn)矩。一個(gè)簡單的因素，介紹了顯示效果該槽極數(shù)組合。一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)降低齒槽轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于2兆瓦的三階段永磁同步發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速37.5轉(zhuǎn)風(fēng)能轉(zhuǎn)換。仿真和

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證效果的方法。關(guān)鍵詞：齒槽轉(zhuǎn)矩，永磁，同步發(fā)電機(jī)，電機(jī)設(shè)計(jì)1. 簡介在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力機(jī)必須連接到發(fā)電機(jī)的變速箱。變速箱的存在將遭受機(jī)械故障和噪聲。在風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中為了避免定期維護(hù)和補(bǔ)充損失的變速箱，低速直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)使用 1 , 2。不幸的是，由于磁場結(jié)構(gòu)的空間周期，在某些情況下齒槽轉(zhuǎn)矩可能會出現(xiàn)。齒槽轉(zhuǎn)矩可導(dǎo)致機(jī)械共振，振動，噪聲，和損壞傳動部件 3。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中可以通過提高接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)的速度，從而降低系統(tǒng)的效率?？紤]到獲得動力取決于第三個(gè)風(fēng)力渦輪速度，也就是齒槽轉(zhuǎn)矩，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)成1.5% - 2.5%的額定轉(zhuǎn)矩 4。永磁電機(jī)的電磁性能是高度依賴于每極槽

3、數(shù)的數(shù)量和相位，磁體的形狀，定子槽和槽開放和傾斜角度，以及設(shè)計(jì)特點(diǎn)等輔助齒和槽5。在本文中降低齒槽轉(zhuǎn)矩的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)將主要是基于2兆瓦的三相永磁同步能量轉(zhuǎn)換的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。影響的槽極數(shù)組合對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，及其與其他各種設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)計(jì)特點(diǎn)等輔助齒和槽的考慮。2.轉(zhuǎn)矩的理論依據(jù)和齒槽轉(zhuǎn)矩分析表面式永磁同步發(fā)電機(jī)的幾何形狀的是本文討論的重點(diǎn)。眾所周知，齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是通過互動重組和有槽電樞相互的結(jié)果之間產(chǎn)生的。這是由于能量的變化在一個(gè)沒有電流機(jī)器里的繞組里。由于能量的變化在空氣和互動重組和相比是微不足道的，靜磁能量可以給出如下：因此，齒槽轉(zhuǎn)矩可以表示為 9：其中，B(,), G(), V，,，和

4、是氣隙磁通密度，相對于氣隙磁導(dǎo)函數(shù)，與氣隙的滲透和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，永磁同步和定子半徑與許多有效長度有關(guān)。在這里，永磁同步的通透性是被認(rèn)為和空氣一樣的。由于永久機(jī)的互動重組和插槽均勻，B和 G()能近似的使用傅里葉系數(shù)：其中， 和分別為插槽的數(shù)量，互動重組和相應(yīng)的傅里葉系數(shù)。用均衡器。（3）和（4）式（2），利用沒有正交性的功能，齒槽扭矩可以有下面的形式表達(dá)： 是槽極數(shù)和齒極數(shù) 和之間的最小公倍數(shù)，對應(yīng)著相應(yīng)的傅里葉系數(shù)，齒槽轉(zhuǎn)矩可以減少控制, 和基本周期。因此，各種設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)控制和諧波成分的氣隙磁導(dǎo)函數(shù)的平方和磁通密度函數(shù)。3.槽數(shù)和極數(shù)組合的選擇從式（5）可以發(fā)現(xiàn)，齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率

5、與最小公倍有關(guān)。圖1-3表明齒槽扭矩波形對應(yīng)不同極數(shù)和槽數(shù)結(jié)合在兩個(gè)齒之間。對于一個(gè)風(fēng)機(jī)有一個(gè)整數(shù)槽數(shù)的2倍極交替的齒槽扭矩和經(jīng)驗(yàn)2周期性轉(zhuǎn)動時(shí)通過齒兩個(gè)齒。例如，一風(fēng)u機(jī)180槽和90極的齒槽扭矩，扭矩（見圖1）是非常大的，但采用分?jǐn)?shù)槽數(shù)可以減少齒槽扭矩。當(dāng)極數(shù)改為96或160的齒槽扭矩時(shí)，可以降低扭矩。價(jià)值的減少取決于的大小。例如，當(dāng)磁鐵極弧系數(shù)極間距”=0.8 和其他配置參數(shù)的比率是一樣的扭矩時(shí)，扭矩在2=90是足夠高達(dá)4323218，占80%以上的額定轉(zhuǎn)矩。齒槽扭矩2p=120是179970，占24%以上的額定轉(zhuǎn)矩。而齒槽扭矩在2p=96是179.2478，只占不到0.1%的額定轉(zhuǎn)矩。

6、當(dāng)“=0.75，=90的齒槽轉(zhuǎn)矩時(shí)也高達(dá)414693。齒槽扭矩2p=120是132273的，而齒槽扭矩在2p=96時(shí)只有63.458。我們可以發(fā)現(xiàn)，較大數(shù)量的周期齒槽扭矩，較小的規(guī)模的齒槽扭矩。一些數(shù)目在一個(gè)牙齒的最小整數(shù)使是一個(gè)整數(shù)。它可以表示為：我們可以發(fā)現(xiàn)，GCD(， )是較大的周期齒槽扭矩，其中，槽數(shù)的最大公約數(shù)是極數(shù)最大公約數(shù)。 在一個(gè)牙齒的最小整數(shù)使成為整數(shù)。它可以表示為： 這樣可以選擇合適的組合之間的極數(shù)和槽數(shù)有效的降低齒槽轉(zhuǎn)矩。 一般而言，較大的最小公倍數(shù)，和較小的槽數(shù)、極數(shù)，可以小幅度減小齒槽轉(zhuǎn)矩。以幫助選擇、，引入表示影響槽極數(shù)組合，適合齒槽轉(zhuǎn)矩有關(guān)，在那里：較大的因子與齒

7、槽扭矩之間的關(guān)系。 由于高磁極數(shù)直接驅(qū)動的永磁同步發(fā)電機(jī)分?jǐn)?shù)槽/極點(diǎn)配置，必須使用。這也將減少扭矩的衣服。每極槽數(shù)和相位的范圍是0.25到0.5。在這種情況下的相位線圈所謂齒集中雙層線圈。不幸的是，這些繞組有相對較低的基本繞組因數(shù)和重要的諧波含量，會造成額外的加熱，額外的損失和振動。優(yōu)化的電力系統(tǒng)，可以分析和仔細(xì)選擇的組合之間的槽極數(shù)。4.齒和槽的輔助使用氣隙磁導(dǎo)函數(shù)可以有效地控制槽齒面。具有適當(dāng)深度的凹槽，他們可以像插槽數(shù)量的增加，插槽適當(dāng)增加有效的能提高，價(jià)值的減少，從而可以減小齒槽轉(zhuǎn)矩。5.最佳磁鐵極弧眾所周知，磁鐵極弧系數(shù)極間距的比率對齒槽扭矩有重大影響，和最佳的比例存在最小齒槽扭矩。

8、磁鐵的邊緣可以影響扭矩以及齒槽。一般來說，倒角磁鐵的可以降低齒槽扭矩。變化的峰值扭矩和極弧間距齒槽比在不同的極槽數(shù)組合（=180 /160等和=180 /96）如圖4所示，假定其他機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)不同的槽極數(shù)組合保持恒定?？梢钥闯?，齒槽轉(zhuǎn)矩隨比極弧到極間距和有一個(gè)最佳值，而槽極數(shù)組合起著主導(dǎo)作用，在確定的齒槽轉(zhuǎn)矩和影響選擇最優(yōu)值1。最佳比例的極弧，極間距最小的基本組成部分，齒槽轉(zhuǎn)矩，任意組合的極槽數(shù)，是： 在那里，N=在實(shí)踐中，然而，由于邊緣效應(yīng)的磁通量的插槽，最佳值應(yīng)略有增加一個(gè)小因素，即, i.e., 在通常范圍從0.01至0.03取決于氣隙長度。顯然，為了最大限度地提高氣隙磁通，從而激勵力矩，

9、最佳比例的磁鐵極弧系數(shù)極間距應(yīng)盡可能高。因此，在實(shí)踐中，=1，i.e, =+,通常是首選的價(jià)值。式（9）表明，最佳比例的磁鐵極弧系數(shù)極間距取決于槽極數(shù)組合。明顯地，價(jià)值較大的N=, 例，然后更大的是一些可能的最佳比例間距極弧系數(shù)。如前所述，一般， 較大的最小公倍數(shù)，和較小的槽數(shù)、極數(shù)，將小幅度的減小齒槽扭矩。例如，機(jī)械的=180 /96和180/ 160=，它們的最小公倍數(shù)等于1440，而齒槽扭矩較小的桿數(shù)較小，相應(yīng)因其低。當(dāng)然，選擇槽極數(shù)組合和比例間距磁鐵極弧，還取決于其他因素，如相電勢波形，而選擇比例的磁鐵極弧，極間距也取決于機(jī)器的拓?fù)洹?. 傾斜 眾所周知，無論是磁鐵或傾斜的牙齒可以減少

10、層次的齒槽扭矩。如果定子或轉(zhuǎn)子是扭曲的，氣隙磁導(dǎo)函數(shù)或磁通密度函數(shù)將成為一個(gè)軸向方向的函數(shù)， (,z)和(,z)和是否能夠表示如下的傾斜角度為：由式（10），（11）和式（2）的齒槽轉(zhuǎn)矩可以表示為以下形式：式（12）表明，齒槽轉(zhuǎn)矩與無關(guān)，與齒槽轉(zhuǎn)矩整數(shù)倍的傾斜角的顯示的關(guān)聯(lián)。雖然這是常見的做法，通過一個(gè)斜插槽間距，式（13）表明，這并非總是必要的，因?yàn)辇X槽轉(zhuǎn)矩的基本和諧波順序是整數(shù)的最小公約數(shù)只要：其中是偏斜系數(shù)和可寫為： 對于一臺機(jī)器有一個(gè)每極槽數(shù)的小數(shù)，一些最佳傾斜角可能會存在，這不止關(guān)系到槽間距，而實(shí)際情況的比例取決于,i.e,如果傾斜角僅限于小于一個(gè)槽間距，從而消除了涂層的最佳傾斜力矩

11、：例如，對于=180 /90，唯一的最佳傾斜是一個(gè)槽間距，=1, i.e., =1. 但是=180/120,，最佳偏移可以是一個(gè)槽間距或半槽間距，因?yàn)?2，即0.5或1，= =。=180 /96一樣，有八種可能的最優(yōu)值的偏差， =2, i.e., =0.5 或者=1 .而由于=180/96,這是圖5所示，這表明影響的傾斜幅度的齒槽轉(zhuǎn)矩。它可以從已知的公式（15）和圖5，還取決于槽極數(shù)組合和齒槽轉(zhuǎn)矩降低最快時(shí)，“SK是從0增加到0.15。而齒槽扭矩，在理論上，可以通過傾斜槽消除。在實(shí)踐中，定子和轉(zhuǎn)子可能有不同的軸向長度，并采用傾斜使得風(fēng)機(jī)更加困難難是由于有效寬度的槽開口略有降低。此外，在風(fēng)機(jī)上采

12、用非重疊繞組，每極槽數(shù)往往是小數(shù)或分?jǐn)?shù)，使傾斜槽槽間距更小。 理論上，傾斜磁體一般是不切實(shí)際的，由于磁鐵的形狀而變得太復(fù)雜。一個(gè)比較實(shí)用的方法是斜磁化的磁鐵在一個(gè)適當(dāng)?shù)氖褂妹}沖充磁夾具。更常見的方法是將磁鐵環(huán)軸向，雖然剩余齒槽扭矩可能仍然存在。7.結(jié)論從上面的討論我們可以得出如下結(jié)論：（1）基本秩序的齒槽轉(zhuǎn)矩波形等于最小公倍數(shù)。抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的永磁電機(jī)，適當(dāng)匹配的極數(shù)槽應(yīng)選擇，盡可能的提高。（2）雖然齒槽轉(zhuǎn)矩隨比磁鐵極弧的間距，這主要取決于適當(dāng)?shù)慕M合數(shù)之間的槽數(shù)和極數(shù)的范圍內(nèi)的最佳極弧系數(shù)。所以齒槽扭矩可以在很大程度上是減小，選擇合適的匹配的槽極數(shù)組合與最優(yōu)極弧系數(shù)。（3）是一個(gè)證實(shí)齒槽扭矩的好

13、處是便于用替代組合極槽數(shù)子來評估的優(yōu)點(diǎn)，其主要影響的是齒槽扭矩。（4）雖然各種齒槽轉(zhuǎn)矩最小化技術(shù)是可行的，但還是有一些缺點(diǎn)和困難。例如，無論是傾斜的疊片定子或轉(zhuǎn)子磁鐵，是很難實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并增加漏感和降低平均輸出扭矩。一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于2兆瓦額定速度37.5轉(zhuǎn)的三相永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換。從分析可知，96桿和180個(gè)插槽是建機(jī)。仿真結(jié)果是很好的協(xié)議與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果。參考文獻(xiàn)：1 M. Popescu, M.V. Cistelecan, L. Melcescu, M. Covrig, Low speed directly driven permanent magnet synch

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