随着地球生态环境的日益破坏和化石燃料能源的逐渐枯竭,人们迫切需要寻找新能源来支持人类社会的运行。占地球面积70%的广阔海洋吸引了大批相关研究人员的目光。其中,潮流能因其能量密度大、可预测性强的优点成为世界各国重点开发和利用的对象,但目前大量低速潮流能量还未得到很好地利用。水轮机作为潮流能发电系统的获能装置,在吸收流体后带动发电机运转,最终将潮流中的能量转换为电能。为了进一步减小系统的机械损失,提高系统的运行效率,在设计潮流能发电系统时可放弃安装传统的齿轮箱结构,转为直接驱动的方式。但是这种方式也存在一定的缺陷:能量捕捉装置接收到的潮流能量上下浮动明显,水轮机机械输出能量也有较大的变化范围。因此,这对应用于潮流能发电系统的发电机提出了特殊的要求。针对直驱式潮流能发电系统的特殊要求,结合日照市黄海中心渔港附近海域的潮流情况(平均流速0.7～0.9m/s,最大流速1.3m/s左右),本文选择永磁同步发电机作为设计对象,要求电机可以高效率地运行在低速工况下,额定转速设计为100r/min。发电机组初步实现1kW以上的发电量,作为渔船远洋作业时的补充发电方式。本文首先介绍了潮流能发电系统的基本组成以及能量捕获的相关理论,对1kW潮流能发电系统进行了整体设计。本文选择水平轴的透平结构,驱动方式为直驱式。然后提出了永磁同步发电机的结构要求,分别对发电机的定、转子结构进行设计,在ANSYS中建立永磁同步发电机模型;以发电机输出电压最大和损耗最小为优化目标,着重对永磁体和转子铁芯加以优化设计;计算了永磁同步发电机的各个电气参数,配合有限元中的参数计算法建立了发电机的电压方程式,完成对发电机的动态仿真。最终验证了本文设计的永磁同步发电机运行速度在100r/min附近时,效率达到了86.4%。最后采用本文设计的3台永磁同步发电机进行电能转换,以适应实际运行中潮流能的能量波动情况,水轮机、发电机运行速度均稳定在100r/min左右,发电机处在高效运行状态。设计了潮流能能量转换系统,通过一系列电能变换输出了幅值、频率、相位、相序可直接供负载使用的三相交流电。利用Matlab/Simulink仿真器对功率转换器的整流、滤波、斩波、逆变环节进行了仿真分析。