风力发电作为一种低碳清洁的可再生能源发电方式,有着广阔的发展前景。目前,风力发电机正朝着永磁直驱与单机大容量的方向发展。本文面向大型永磁直驱风力发电机,研究新型低空间谐波模块化分数槽绕组,可促进大型风力发电机模块化设计技术水平的提升,因此具有重要的理论意义与工程应用价值。本文首先详细研究了传统多相对称交流绕组的磁动势构成,建立了多相对称交流绕组的磁动势谐波分析方法。据此提出了一种新型低空间谐波模块化分数槽绕组,在满足模块化需求的前提下,实现了绕组磁动势低空间谐波含量的目的,从而提升了大型模块化永磁直驱风力发电机的综合电磁性能。本文的主要研究工作如下:1)介绍风电市场和风电技术的发展现状和趋势,明确本课题的研究背景和意义。全面阐述模块化绕组在基础理论研究、性能分析与结构创新设计方面的国内外研究现状。2)对传统多相对称交流绕组的磁动势进行谐波分析。提出分相星形图的概念,通过引入实质单元电机数,对其形态特征规律进行统一的数学描述。在此基础上,对任意相数、极槽配合与绕组层数（双层或单层）的多相对称交流绕组的相绕组磁动势进行谐波分析,推导分布系数的一般计算公式。观测各相绕组磁动势之间的空间相位关系,并据此导出合成磁动势的空间谐波分布情况,从而建立一套针对多相对称交流绕组的磁动势谐波分析方法,为新型模块化绕组的研发提供理论依据。3)提出一种适用于大型永磁直驱风力发电机的新型低空间谐波模块化分数槽绕组。通过将两套传统单层分数槽集中绕组错位叠加,构成一种可降低磁动势非工作齿谐波的双m相叠加绕组,并确定了24槽5对极双三相的最佳相数与极槽配合。针对不等圈边匝数线圈的磁动势偏转效应建立数学描述方法,并提出复合不等圈边匝数线圈,可将圈边匝数比的物理实现范围扩展至正实数集。将复合不等圈边匝数线圈应用于24槽5对极双三相叠加绕组中,可消除其合成磁动势中的1次谐波分量,最终形成新型可模块化低空间谐波分数槽绕组。4)加工制造一台采用本文所提新型绕组的模块化原理样机,对该原理样机进行相关实验,验证本文对该新型绕组所做的磁动势谐波分析的正确性。5)对一台配置了本文所提新型绕组的10 MW永磁直驱风力发电机的电磁性能进行有限元分析,并与另外3台采用其它常用绕组的同容量发电机进行对比。分析了各电机的空载特性、负载特性,包括空载磁场、空载反电动势和齿槽转矩;电枢反应磁场、同步电抗、功率因数、径向磁场力、负载转矩以及损耗与效率等。此外,还对各电机进行了短路故障分析,包括短路电流、短路电磁转矩、永磁体不可逆退磁、短路故障时的径向磁场力以及非故障相中的电压波动。对比结果表明,采用新型绕组的模块化发电机的电枢反应磁场空间谐波较少,展现出较为优异且均衡的综合电磁性能,且具备良好的短路电流抑制能力和抗永磁体不可逆退磁能力。本文在电机绕组磁动势谐波理论和新型低空间谐波模块化绕组的设计与分析方面取得了一些创新成果,对于促进电机绕组理论发展,进而促进大型永磁直驱风力发电机的技术进步具有积极的作用。