与其它风力发电机系统相比,直驱永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)系统取消了齿轮箱和励磁绕组,具有结构简单、运行可靠等优点,在风力发电领域具有良好的应用前景,近年来得到了迅速发展。对于大型直驱风力PMSG的设计,合理选择极弧系数和极槽配合、有效抑制不可逆退磁和起动阻力矩等是其关键技术。本文依托重庆市自然科学基金项目《MW级风力PMSG及其系统的优化设计研究》,以2MW的直驱风力PMSG为研究对象,采用场路结合的方法,对其设计方法和运行特性开展研究。首先,简要介绍了PMSG的基本结构、等效磁路、工作原理和设计方法,在此基础上,应用Visual Basic编写了电磁设计软件,完成了3套2MW直驱风力PMSG的电磁设计方案,并进行了对比分析;其次,根据磁路设计得到的电磁方案,利用Ansoft软件建立了2D电磁场有限元模型,继而研究了PMSG在不同工况下的运行特性,重点研究了不同风速下PMSG的运行特性以及电枢反应的去磁效应和极弧系数、极槽配合对电磁转矩的影响;最后,推导了齿槽转矩的解析表达式,采用解析法分析了极弧系数对齿槽转矩的影响,并用有限元法对不同极弧系数下的齿槽转矩进行了计算,通过对比验证了算法和计算的正确性,进而总结了不同极槽配合对齿槽转矩的影响规律。研究结果表明,采用场路结合法得到的PMSG电磁设计方案达到了设计基本要求;三相短路工况下电枢反应具有强烈的去磁效应,永磁体出现了局部失磁现象;通过齿槽转矩解析表达式及相应的傅里叶分解系数,可以迅速找到使齿槽转矩达到最小的极弧系数,合理选取槽配合,并使极数与槽数的最小公倍数尽可能大,可以有效抑制齿槽转矩。