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研究生:李家慶
研究生(外文):Lee, Jia-Ching
論文名稱:小型永磁式同步風力發電機之設計與研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Small Permanent Magnet Synchronous Wind-Turbine Generator
指導教授:黃坤元黃坤元引用關係
口試委員:黃燕昌楊百川楊宏澤
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:頓轉轉矩永磁式同步風力發電機有限元素法
外文關鍵詞:Cogging torqueFinite-element methodPermanent magnet synchronous wind generator
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本論文對一小型永磁式同步風力發電機進行開發研究。首先,建立永磁式同步發電機之數學模型,其次,藉由程式語言Visual Basic 6.0撰寫發電機之設計程式,作為發電機研發的初步設計工具,再將設計軟體所得的規格參數,以有限元素軟體FLUX 2D建立模型,並對電磁場特性與數值結果進行特性分析。另外,為改善發電機頓轉轉矩的問題以及增加在低風速下運轉的效果,本文採用轉子磁石排列方式作為改善方法。最後,為永磁式同步風力發電機的實體製作與測試,利用不同繞組繞線與結線方式進行測試,藉以測試繞組對輸出性能與溫升情況的影響。
藉由實際測試特性與模擬結果加以比較分析,可克服材料實際性能與規格不符問題,將比較結果作為設計程式之修改依據,使修改後之設計軟體更符合實際情況,並提升模擬參數之設計與實體製作的技巧,讓兩者的結果能夠更符合實際結果。
This thesis is to develop a permanent magnet synchronous generator (PMSG). The mathematics model of PMSG can be formulated easily but it is difficult to implement. Owing to the complexity and reciprocal effect of the variables, the parameters of PMSG are obtained hard by human calculation. Therefore, a generator design program is built by Visual Basic 6.0 to circumvent the problem. The parameters of the PMSG are convenient to acquire by the program. In addition, the electromagnetic field model of PMSG can be established through the parameters. The simulation software FLUX 2D is applied to setup the electromagnetic field model and analyses by finite-element analysis method.
Furthermore, the cogging torque issue is also discussed in the thesis. It can be overcome by changing the arrangement of rotor permanent magnet. Finally, two different winding types of PMSG are tested to demonstrate its significance.
The PMSG model is formulated, implemented and tested in the thesis. The implement results of PMSG are different with the simulation. Some factors like the characteristics of material etc. will influence the performance of PMSG. Therefore, the parameters of the generator design program can be revised to improve its properties.
摘要 I
Abstract II
目錄 i
圖目錄 iv
表目錄 vii
符號及縮寫對照表 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法與內容之概述 3
第二章 永磁式同步風力發電機之設計與數學模型 5
2.1 永磁式風力發電機材料簡介 5
2.1.1 永磁材料 6
2.1.2 鐵心材料 8
2.2永磁式同步風力發電機之數學模型 9
2.2.1 性能規格之指定 9
2.2.2 電器參數之決定 9
2.2.3 定子尺寸之決定 11
2.2.4 氣隙長度 13
2.2.5 轉子尺寸 13
2.3 永磁式風力發電機軟體設計 14
2.4 本章結論 25
第三章 永磁式風力發電機之有限元素模型建立 26
3.1 有限元素方法 26
3.2 電磁場基本理論 27
3.3 FLUX 2D軟體簡介 28
3.4 FLUX 2D於永磁式發電機模型之建立步驟與方法 29
3.5 FLUX 2D於永磁式發電機之模擬結果 33
3.6 本章結論 33
第四章 風力發電機之模擬結果分析與討論 34
4.1 發電機規格 34
4.2 轉子磁石平均排列之發電機尺寸、模擬分析及結果 34
4.2.1 發電機之尺寸與模型 34
4.2.2 結果之分析 38
4.3 改變轉子磁石排列之發電機尺寸與分析結果 45
4.3.1 降低永磁式發電機之頓轉轉矩 45
4.3.2 發電機之尺寸與模型 46
4.3.3 結果之分析 47
第五章 永磁式風力發電機之實體製作 52
5.1 定子繞阻 52
5.2 發電機各部與組裝 53
5.3發電機測試與結果 58
5.4 實機測試與模擬結果之比較 64
第六章 結論與未來研究方向 67
6.1 結論 67
6.2 未來研究方向 68
參考文獻 69
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