大型空冷汽轮发电机端部三维涡流场有限元分析

摘要

近年来，随着空冷汽轮发电机设计制造技术和工艺水平的提高，其技术经济指标也相应提高，这种高可靠性和高效率的空冷发电机已逐渐成为许多发电机组的一个选择，因此提高空冷汽轮发电机的单机容量就越来越重要。而汽轮发电机容量的提高主要通过增加电磁负荷来实现，增加线负荷的同时就增加了线棒的损耗，导致端部漏磁增加，结构件中的涡流损耗增加，电机的温升将升高，甚至超过容许温升。为此必须合理设计电机结构以提高其散热强度和减小损耗，而计算汽轮发电机端区三维涡流电磁场是解决这些问题的关键。 汽轮发电机端区磁场的问题，在多年前就已经提出，但由于端区材质众多、结构形状和端区涡流分布非常复杂，至今还未得到圆满的解决。本文重点针对空冷汽轮发电机端部磁场计算中存在的问题，采用A, - A三维有限元法建立了大型汽轮发电机端部三维涡流场的数学模型，模型充分考虑了定、转子铁心的端部效应和定子齿压指、压板、磁屏蔽、压圈等结构件的实际几何形状和材料性质的影响：创建了发电机定子端部绕组的渐近线和转子端部绕组的实体物理模型，对定、转子电流进行了模拟；采用二维和三维磁场耦合的方法确定边界条件；并以QF-150-2型空冷汽轮发电机为例，分析计算了计及涡流损耗时空冷汽轮发电机空载、额定负载时的端部电磁场；采用磁场能量法对定子端部漏抗计算公式进行了推导，计算了定子端部漏抗参数；最后，编制了汽轮发电机励磁电流和参数有限元计算的参数化程序。 将计算结果和实验数据进行了对比，验证了方法的准确性，进而为合理设计空冷汽轮发电机的结构提供基础，为提高空冷汽轮发电机的单机容量和运行可靠性提供理论依据。

目录

文摘

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第1章绪论

第2章三维涡流场数学模型

第3章汽轮发电机端部磁场计算前处理

第4章150MW空冷汽轮发电机端部磁场计算

第5章空冷汽轮发电机励磁和参数的有限元计算

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢