大型发电电动机多工况运行端部电磁场的分析与计算

摘要

发电电动机是抽水蓄能机组的关键设备，机组频繁的多工况运行提高了对电机端部绕组和结构件的电磁、机械性能要求，增加了设计难度，准确计算其端部磁场及端部结构件损耗是端部绕组和结构件设计的前提，也是预判电机是否可以稳定运行的依据。针对抽水蓄能机组发电电动机整机数值分析困难的现状，本文提出了二维-三维耦合、运动-电磁耦合的时步有限元法，并结合一台抽水蓄能电站用发电电动机为例，对其端部磁场及结构件损耗进行分析计算。
　　首先，建立发电电动机二维数值计算模型，利用端点迭代与有限元分析相结合的方法确定发电电动机在空载、发电机额定、电动机额定三种典型运行工况下的励磁电流。
　　其次，给出了发电电动机一对极下的端部三维数值计算模型，采用二维-三维耦合、运动-电磁耦合的时步有限元法，结合空载、发电机额定、电动机额定三种典型运行工况，对发电电动机端部磁场的分布规律与端部结构件涡流损耗进行了分析与计算。同时本文以发电机额定运行和电动机额定运行为例，探讨了不同运行工况下改变转子铁心轴向长度、定子压指结构以及是否计及定子压指与定子压板间的绝缘等因素，对发电电动机端部结构件中涡流损耗的影响。
　　最后，文章采用Simulink与有限元计算软件联合仿真的方法，分析了发电电动机采用恒压频比的控制方式作变频起动过程中，电机定子电流、定子电压以及电机转速的变化情况，在此基础上采用二维-三维耦合、运动-电磁耦合的时步有限元法，分析计算了电机变频起动过程中端部磁场和端部结构件中涡流损耗的分布情况，并与电动机额定运行工况计算结果对比，论证了发电电动机采用变频起动的可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 大型发电电动机多工况励磁电流计算与端部磁场分析

2.1 励磁电流的计算

2.2 发电电动机端部计算模型

2.3 多工况下端部磁场分析

2.4 本章小结

第3章 大型发电电动机多工况端部结构件涡流损耗计算

3.1 涡流损耗计算方法

3.2 多工况下端部结构件涡流损耗计算

3.3 端部结构件涡流损耗影响因素分析

3.4 本章小结

第4章 大型发电电动机变频起动端部磁场分析及结构件涡流损耗计算

4.1 变频起动仿真

4.2 变频起动端部磁场计算

4.3 变频起动端部结构件涡流损耗计算

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢