基于场路耦合时步有限元法的大型感应电机起动过程分析

摘要

本文以20极大容量感应电机为算例，分析其起动过程。大型感应电机起动时铁芯严重饱和、转子导条集肤效应明显。为了分析集肤效应对起动过程的影响，针对转子中的特殊槽形，根据槽内电流的分布计算槽口处二类边界条件，以此计算了转子导条电流在不同频率时的磁场分布情况。针对大容量电机铁芯过饱和，在计算过程中加入了导磁材料的非线性曲线，曲线上饱和区域对应的B-H值通过线性插值应用于运动方程。
　　基于场路耦合时步有限元方法建立了考虑饱和及集肤效应的大容量感应电机起动过程分析模型，计算出瞬态过程中电机内部二维场域分析结果和电感、磁链、电流、转速、转矩等随时间变化的曲线。为了验证此方法的准确性，将其与现场试验数据和传统计算方法进行比较，结果表明，运用该方法对起动过程的分析更接近实际值，为电机优化设计提供了重要理论依据。并计算了不同情况下电机的起动过程，得出集肤及饱和效应对损耗的影响，说明了不同电源电压初始相位对电机起动过程的影响，以及不同负载转矩对起动过程的影响。最后，基于场路耦合时步有限元方法，提出恒速度的观点，分析感应电机断电重合闸后的起动过程,选择d-q模型作为起点得到电流和电磁转矩解析表达式。通过计算获得了感应电机以不同转速接电时，电流和转矩随时间的变化情况，找到最有利于接电的转子转速。为开发新型的大容量感应电机起动装置提供了参考。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 分析方法及研究现状

1.3 本文的研究内容及主要工作

第2章 大型感应电机场路耦合模型的建立

2.1 场路耦合时步有限元法实施步骤

2.2 计算过程的细节处理

2.3 本文样机参数

2.4 集肤效应的有限元计算方法

2.5 计算中铁芯饱和的影响

2.6 本章小结

第3章 大型感应电机起动过程分析

3.1 电机二维模型建立及网格剖分

3.2 起动过程的结果分析

3.3 不同负载情况下的起动过程分析

3.4 电源电压初相角对起动影响

3.5 计算结果对比

3.6 本章小结

第4章 重投入时的起动过程分析

4.1 起动过程的场路耦合模型的建立

4.2 转子旋转时感应电机起动过程分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士硕士学位期间发表的研究成果

致谢