兆瓦级能量变换器电磁设计过程研究

摘要

能量变换器是现代高压电缆技术与发电机技术结合的一种新型高压发电机，采用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆作为定子绕组，这种革新结构使其能够输出高电压，从而可以直接并网。然而，由于定子绕组直接由电缆绕制而成，其定子冲片结构与传统发电机有较大不同，因此，对能量变换器的电磁设计过程进行系统地研究是极为必要的。本文针对能量变换器电磁设计过程中主要尺寸的确定方法和电缆绕组电负荷的确定规律进行了深入地研究。
　　 本文首先介绍了能量变换器的发展背景和国内外的研究现状，详尽分析了研究能量变换器的意义。
　　 然后，本文从传统发电机电磁设计过程中主要尺寸的确定方法出发，在总结传统发电机主要尺寸的基础上，结合高压交联聚乙烯电力电缆的机械特性和电气特性，系统研究了能量变换器电磁设计过程中主要尺寸的确定方法，给出了定子内、外径，极距，铁心长度及机座号的确定方法，并利用给定的方法对兆瓦级能量变换器的主要尺寸进行了计算。
　　 其次，由于能量变换器的定子绕组直接由高压电缆绕制而成，传统发电机电负荷的确定方法已不再适用于能量变换器的设计，因此，本文从电力电缆线芯与截面的选择方法出发，结合电力电缆载流量及温升的确定方法，提出了能量变换器电缆绕组载流量和温升的计算方法，进一步提升了能量变换器电磁设计过程中电负荷计算的准确性。
　　 最后，本文结合传统发电机电磁设计过程，应用本文提出的主要尺寸及电负荷的确定方法，给出了兆瓦级能量变换器系统电磁设计过程。
　　 本文所得结论对能量变换器合理可靠的设计及运行提供了依据，具有一定的理论意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 研究能量变换器的目的和意义

1.1.2 本课题研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 能量变换器国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 能量变换器的特点

1.3.1 能量变换器的设计特点

1.3.2 能量变换器的运行特点

1.4 能量变换器的发展展望

1.4.1 高压电缆绕组的成型及固定问题

1.4.2 高压测试问题

1.4.3 优化设计

1.4.4 理论分析及数值计算

1.4.5 本论文研究的主要内容

第2章 能量变换器主要尺寸确定方法的研究

2.1 引言

2.2 传统发电机主要尺寸的确定方法

2.2.1 极距r的选择

2.2.2 定子铁心长度的确定

2.3 能量变换器主要尺寸的确定方法

2.3.1 高压交联聚乙烯(XLPE)电缆特性

2.3.2 电缆尺寸的选定

2.3.3 能量变换器定子内径和铁心长度的确定

2.3.4 能量变换器定子外径的确定

2.4 算例

2.5 本章小结

第3章 能量变换器电负荷的研究

3.1 引言

3.2 交联聚乙烯电力电缆线芯数和截面选择

3.2.1 电力电缆线芯数选择的规定

3.2.2 电力电缆线芯截面选择方法和原则

3.2.3 电缆芯截面载流量的计算及其参数选择

3.3 交联聚乙烯电力电缆热特性的计算

3.3.1 基本概念

3.3.2 热阻计算

3.4 交联聚乙烯电缆正常运行允许电流计算

3.5 交联聚乙烯电缆短路故障允许电流计算

3.6 能量变换器额定运行电负荷的选择

3.7 本章小结

第4章 兆瓦级能量变换器电磁计算

4.1 引言

4.2 电磁方案设计过程

4.2.1 额定数据和主要尺寸

4.2.2 空载磁路计算

4.2.3 稳态参数计算

4.2.4 额定励磁计算

4.2.5 效率与温升计算

4.2.6 瞬态参数计算

4.2.7 设计结果分析

4.3 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