【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） （ 2021 屆本科） 題 目 ： 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 學(xué) 院： 工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣（ 2） 姓 名： 劉中福 學(xué) 號： 0927209 指導(dǎo)教師： 謝嘉 2021年 5 月 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 I 目 錄 第一章緒論 ............................................................... 3 永磁直線發(fā)電機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................... 3 永磁直線發(fā)電機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 .................................. 3 永磁直線發(fā)電機的主要特點 ........................................ 5 永磁直線發(fā)電機面臨的主要問題 ....................................... 5 磁路結(jié)構(gòu)和設(shè)計問題 .............................................. 5 控制問題 ........................................................ 6 不可逆退磁問題 .................................................. 6 成本問題 ........................................................ 6 橫向磁場電機工作原理及特點 ......................................... 6 本文研究的主要內(nèi)容 .................................................. 8 第二章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................. 10 海浪能工作特性 .................................................... 10 發(fā)電機模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................. 10 動子 模塊化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ............................................. 10 定子模塊化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ............................................. 11 發(fā)電機 工作過程 ..................................................... 12 發(fā)電機所采用的銣鐵硼永磁材料的工作特性 ............................ 12 第三章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機有限元模型建立和優(yōu)化設(shè)計 ................... 14 發(fā)電機電 磁場分析原理和電磁場的計算方法 ............................. 14 ANSOFT 三維電磁場有限元分析軟件 .................................... 15 發(fā)電機有限元分析模型建立 ........................................... 17 發(fā)電機整 體模型 ................................................. 17 發(fā)電機局部模型 ................................................. 20 發(fā)電機有限元分析模型網(wǎng)絡(luò)劃分 ................................... 21 永磁體尺寸的優(yōu)化設(shè)計 ............................................... 21 永磁體優(yōu)化理論 ................................................. 21 永磁體優(yōu)化靜磁場模擬和分析 ..................................... 24 第四章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機動態(tài)仿真分析及結(jié)果 ......................... 26 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 II 發(fā)電機動態(tài)仿真分析方法 ............................................. 26 發(fā)電機動態(tài)仿真分析過程 ............................................. 27 發(fā)電機動態(tài)仿真分析結(jié)果 ............................................. 29 第五章 橫向磁場永磁直線發(fā)電機輸出電能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計 ....................... 32 轉(zhuǎn)換裝置的整流電路部分 ............................................ 32 轉(zhuǎn)換裝置的逆變電路部分 ............................................ 32 逆變電路 PWM 控制的基本原理 ..................................... 32 逆變電路的控制方法 ............................................. 33 第六章 結(jié)論和工作展望 ................................................... 35 結(jié)論 ............................................................... 35 工作展望 ........................................................... 36 參考文獻 ................................................................ 37 致謝 .................................................................... 38 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其 性能研究 第 1 頁 共 41 頁 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 摘要 ： 近年來隨著永磁材料性能的不斷提升，特別是銣鐵硼永磁材料熱穩(wěn)定性和和抗腐濁性的改善和價格逐漸降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，以及永磁電機研究應(yīng)用越來越成熟，永磁電機正逐漸運用于越來越多的領(lǐng)域。在全球能源緊張和污染治理形勢嚴峻的情況下，海浪能作為一種清潔能源，利用海浪能發(fā)電對于緩解能源危機，保護自然環(huán)境有著重要的意義。 根據(jù)海浪能具有往復(fù)運動做功的特點，本文設(shè)計開發(fā)出一種永磁直線發(fā)電機，永磁材料選用銣鐵硼， 該材料具有高磁能積、高剩磁感應(yīng)強度、高矯頑力、去磁曲線為直線等優(yōu) 點。 用永磁材料進行勵磁，省略的復(fù)雜的大體積的電勵磁繞組，可以有效的減小了發(fā)電機體積和提高了發(fā)電機的海浪能利用轉(zhuǎn)化效率。電動機 動子 隨海浪做直線往復(fù)運動，省略了復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換中間裝置，直接把海浪能轉(zhuǎn)換為電能，大大提高了海浪能的利用率和發(fā)電效率。 本研究以有限元分析軟件 Ansoft14． 1 為基礎(chǔ)對永磁發(fā)電機構(gòu)建了幾何模型和三維模型，并在三維模型的基礎(chǔ)上進行了三維磁場瞬態(tài)分析仿真計算，得出了發(fā)電機線圈輸出電壓隨 動子 運動速度位置變化的曲線，和磁場線和磁感應(yīng)強度的分布。并以 此 為依據(jù)確定了永磁發(fā)電機各 部分的尺寸和材料。然 后運用電力電子器件對發(fā)電機輸出電壓進行處理 。最后運用理論計算滿足設(shè)計要求的永磁材料利用率最高時永磁材料的尺寸，并用靜磁場進行模擬分析，運用模擬結(jié)果驗證了理論分析。 關(guān)鍵詞 ： 海浪能發(fā)電 。 直線永磁發(fā)電機 。 Ansoft 上海海洋大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 永磁直線發(fā)電機建模及其性能研究 第 2 頁 共 41 頁 Linear permanent mag generator modeling and Study its properties Abstract： In recent years, with the continuous improvement of performance permanent magic materials, especially the improvement 0f NdFeB permanent magic materials’ thermal stability and corrosion resistance and prices decreased gradually and the further development of power electronic devices, and as well as the research and application of permanent mag motor research bee more and more mature, permanent mag motor is being applied in more and more fields. In the global energy shortage and grim pollution control circumstances, wave energy as a clean energy, , the use of wave energy generation to alleviate the energy crisis and protect the natural environment., has an important significance According to the characteristics of the wave energy has a reciprocating work, this paper designed and developed a kind of linear permanent mag generator, permanent mag materials use NdFeB material, the material with high magic energy product, high remanence flux density, high coercive force, magic curve is a straight line etc.. With permanent mag excitation, large volume of plex electric field winding of the generator can be omitted, so we can effectively reduce the volume of permanent mag generator, and improve the generator’s wave power conversion efficiency. The rotor of the motor with the ocean wave do straight reciprocating motion omitted middle plex energy conversion device, directly transfer the wave energy into electrical energy, greatly improving the utilization of wave energy and power generation efficiency. In this study, based on finite element analysis software ,permanent mag generator’s geometric model and 3D models is constructed, and do the simulation of threedimensional magic transient analysis of the threedimensional model and calculated