高速隐极同步电机的电磁设计与运行性能分析

摘要

西气东输主管道是将西部丰富的能源输送到需求量大的东部地区的骨干管道。它的建成对于促进我国能源产业结构调整，改善管道沿线地区人民生活质量，维持边疆地区繁荣稳定具有重大的战略意义。西气东输管道的部分压缩机组采用高速隐极同步电机驱动，该驱动电机功率大、频率高，电驱压缩机组具有运行稳定、故障率低、维护简单、维护费用低、节能降耗、清洁环保等优势。
　　本文首先分析了西气东输工程中电驱压缩机组系统的构成，以及设计高速电机需要注意的方面，其次以一台容量为20MW的高速隐极同步电机为例给出了其基本数据，参考同步电机计算公式对电机在发电与电动两种运行状态时的磁路进行了分析，其中重点对额定工况下的励磁电流、损耗与效率进行了计算;对电机的空载特性曲线、工作特性曲线、V形特性曲线进行了绘制。而后基于有限元法计算了电机在空载运行状态下的相关参数，并绘制出高速隐极同步电机的空载特性曲线、短路特性曲线。通过场路耦合法求解了额定工况下的电机额定励磁电流、额定电压、额定电流和同步电抗，并与其设计值进行了对比。最后概述了高速隐极同步电机CAD设计系统的硬、软件环境，程序编程中应用的插值函数，使用Visual Basic 6.0编程语言编制了该类型发电机与电动机的CAD设计软件，给出了该程序的适用范围、主要功能和CAD系统框图，对高速隐极同步电机的CAD输入界面和输出界面及其相关操作进行了详细的阐述。该设计系统满足了工程设计的要求，通过了企业的工程验收。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 高速隐极同步电机发展现状及研究进展

1．3 电机CAD技术概况及发展方向

1．4 课题的主要研究内容

第2章 高速隐极同步电机的电磁设计

2．1 高速变频隐极同步电机设计概述

2．2 相关电磁参数的设计与分析

2．2．1 基本数据

2．2．2 磁路的分析与计算

2．2．3 额定负载励磁电流的计算

2．2．4 损耗与效率的计算

2．3 运行特性分析

2．3．1 空载特性曲线

2．3．2 工作特性曲线

2．3．3 V形特性曲线

2．4 本章小结

第3章 隐极同步电机电磁场计算

3．1 基本参数和物理模型

3．2 隐极同步电机空载特性和短路特性

3．2．1 空载气隙磁密波形分析

3．2．2 空载特性曲线

3．2．3 短路特性曲线

3．3 隐极同步发电机额定励磁电流的计算

3．4 同步电机电抗的有限元计算

3．4．1 同步电抗的计算方法

3．4．2 计算实例

3．5 本章小结

第4章 高速隐极同步电机CAD设计系统

4．1 系统设计的环境

4．1．1 硬件环境

4．1．2 软件环境

4．2 高速隐极同步电机设计程序的开发

4．2．1 电磁设计程序及系统结构框图

4．2．2 高速隐极同步电机设计软件的适用范围与主要功能

4．3 CAD系统界面设计

4．3．1 高速隐极同步电机设计软件的适用范围与主要功能

4．3．2 高速隐极同步电机辅助设计输出界面

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢