2023年2月电工技术学报Vol.38No.3第38卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210769基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算张志弘1韩勤锴2徐学平3颜益峰1彭超1（1.新疆金风科技股份有限公司乌鲁木齐8300262.清华大学机械工程系北京1000843.北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191）摘要该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换，计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势；采用离散线电流元，定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象；基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法，建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路，给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象，计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布，分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响，并与有限元计算结果对比，验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。关键词：永磁直驱发电机气隙磁场等效磁路负载工况磁饱和齿槽效应非线性磁阻中图分类号：TM3510引言由于低速性能好、发电效率高、维护成本低、运行可靠等突出优点，兆瓦级永磁直驱风力发电机是大型陆上及海上风力发电的理想选择[1-3]。在永磁直驱风力发电机性能分析与优化设计中，准确高效地获得气隙磁场分布是重要前提。尽管有限元法普适性强、计算精度高，但建模和计算时间较长[4]；而计算量小、速度快且物理概念清晰的解析法仍然受到学者的广泛关注。由于定子开槽导致气隙磁通密度发生畸变，谐波成分增加，所以基于解析法准确计算气隙磁通密度变得困难。通过经验系数的修正，采用传统磁路法可获得考虑齿槽效应的气隙磁通密度最大值[5]。因定子槽形、定转子轭部尺寸和形状等参数的影响，修正系数难以准确得到，致使考虑齿槽效应的传统磁路法计算精度不高[6]。子域法[7-9]将电机域划分为气隙、永磁体和齿槽三个子域，通过交界条件建立各个子域的拉普拉斯方程或泊松方程的联系，进而采用解析法求解。基于保角变换，将齿槽等不规则域变换为规则求解域，利用子域法的解析结果可获得气隙磁场分布[10-11]。与传统磁路法相比，基于保角变换的解析法计算精度较高。但上述方法均难以考虑因铁磁材料非线性引起的磁饱和效应，因而具有局限性[6]。磁饱和导致定子齿端部的相对磁导率降低。F.R.Alam和K.Abbaszadeh[12-13]提出一种改进的保角变换，通过增...
