主氦风机驱动电机端部磁场与温度场计算与分析

摘要

主氦风机驱动电机是我国第四代核电站高温气冷堆氦回路中的主要动力设备，主要驱动氦回路中的氦气流过反应堆的堆芯，保证反应堆在启动、运行以及停堆等工况时，能够提供充足的氦气流过氦循环系统，带走堆芯产生的热量，实现能量交换。该电机采用立式大型变频电机，要求具有长使用寿命和安全可靠性。由于该电机完全沉浸在氦气环境中，依靠氦气进行通风冷却，目前氦气作为电机的冷却介质的研究还不是很多，且没有相应的经验公式和实验数据作为可以参考的依据，因此，有必要对氦气的冷却性能进行深入研究，从而准确计算分析电机内部各个部分的温度分布，这对电机的安全运行，延长电机的寿命，保证高温气冷堆的安全具有重要的意义。
　　本文选取了电机端部进行相关的研究分析。首先根据电机端部的尺寸数据建立了电机端部的三维物理模型，一方面采用三维有限元法计算定子绕组端部的三维瞬态磁场的空间分布，在此基础上又对定子绕组端部的电磁力进行了计算，并以此电磁力作为激励，分析计算了定子绕组端部的电磁力形变;另一方面基于氦气的物理特性，依据电机端部的通风结构和冷却方式计算了电机端部的通风损耗，建立了电机端部温度求解的数学模型，给出了相应的边界条件，采用流固耦合的方法分别计算分析了电机在13Hz、67Hz、71Hz时的电机端部温度分布。为了进一步加强氦气冷却性能的研究，本文计算了不同氦气压强0.2MPa、0.4MPa、0.8MPa、1.6MPa、3.2MPa下的电机端部温度分布，分析压强对氦气冷却性能的影响。最后对比了电机常用的气体冷却介质空气、氢气和氦气的冷却效果，初步掌握氦气的冷却性能。研究的结果可为电机的温升计算、端部绝缘处理提供了一定的借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 端部磁场与电磁力研究的发展与现状

1．3 温度场研究的发展和现状

1．4 课题的研究内容

第2章 电机端部磁场与电磁应力的计算与分析

2．1 电机基本数据

2．1．1 定子绕组端部模型建立

2．1．2 转子端部模型建立

2．1．3 电机端部整体组装

2．2 定子绕组端部磁场的计算与分析

2．2．1 三维数学模型

2．2．2 定子绕组电流分析

2．2．3 计算结果分析

2．3 定子绕组端部电磁力的计算与分析

2．3．1 电磁力的计算研究现状

2．3．2 电机端部电磁力计算结果

2．4 定子绕组端部形变分析

2．5 本章小结

第3章 电机端部通风散热分析

3．1 氦气的流质特性

3．2 端部损耗计算

3．2．1 基本铜耗

3．2．2 端部杂散损耗

3．2．3 机械损耗

3．3 总风量的计算

3．4 电机端部各个材料的导热系数

3．5 电机端部三维温度场的计算

3．5．1 计算模型的基本假设与边界条件

3．5．2 定子端部温度计算结果分析

3．5．3 转子端部温度计算结果分析

3．6 氦气冷却时温度场计算分析

3．6．1 不同压强下氦气冷却时的温度场计算分析

3．6．2 电机内部不同冷却介质冷却性能对比

3．7 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