论文摘要
1000MW水轮发电机是目前国内外最大容量的巨型水轮发电机,如此巨大容量的电机国内外均处于研究开发阶段,同时也存在着各种各样的问题需要研究,如设计、运行、理论计算等等。我国的水利资源丰厚,水力发电在目前以及未来具有着广阔的发展前景。空载电势波形畸变率是衡量发电质量的标准,同时也是研究传统发电机的一个重要问题。空载电势计算方法经历了由解析法到数值法的转变,场路耦合的方法可以考虑铁芯饱和、阻尼绕组端部具体连接形式以及端部漏磁等的影响。本文首先建立了适合于巨型水轮发电机的单元电机时步有限元数学模型,确定了计算定、转子中间区域的求解方法,借助1000MW水轮发电机的实际结构数据建立了二维几何模型,分析了影响空载电势波形的因素。阻尼绕组的结构对空载电势中的齿谐波分量影响很大,齿谐波含量增大,导致空载电势波形变坏、畸变率增大。本文将阻尼绕组的结构划分为三种情况,分别是阻尼绕组节距、阻尼绕组槽数和阻尼绕组中心线偏移,并分别根据每种情况拟定出多种不同的方案,利用二维场路耦合时步有限元法对不同种方案的空载电势波形、谐波及气隙磁密进行了计算,同时将多种不同阻尼绕组结构配合使用,分析出不同情况阻尼绕组对空载电势的影响规律,最终达到改善空载电势波形的目的。最后,本文根据发电厂的实例,将1000MW水轮发电机磁极设计为三段圆弧结构,设计了阻尼绕组结构与三段圆弧磁极共同优化电势波形,给出了多种具体方案,并分别建立三段圆弧结构电机的有限元模型,进行了多种情况的有限元计算与谐波分析,通过计算给出了谐波含量数据表和畸变率分析趋势图。本文针对每种情况均得到了最优的结果及结论,可为巨型水轮发电机的研发与设计提供有利的参考依据,对实际工程有一定的实用价值。