大型水轮发电机端部涡流损耗计算

论文摘要

随着远距离、超高压大电网的投入与升级改造,大容量的发电机组也被越来越多的使用。对大型发电机而言,发电机单机容量成本的降低,伴随着功率体密度的增加,于是电机的涡流损耗问题变得尤为突出。为了保证大型发电机组的安全可靠运行和使用寿命,首先要对大型水轮发电机内部的涡流场进行深入的研究。本文针对一台容量为1000MW大型水轮发电机,采用恒定电磁场和涡流场的计算分析方法,对发电机端部结构件涡流损耗问题进行深入研究,为大型水轮发电机内部物理场的进一步分析提供依据。电机涡流损耗的计算是大型发电机设计的重要内容之一,不仅关系到发电机的安全可靠运行,而且直接关系到发电机的使用寿命,磁场的准确计算是保证涡流损耗计算精度的前提。基于电磁场基本理论,利用二维有限元法求解了发电机空载和负载运行时的非线性稳态磁场,得到了气隙磁通密度,通过傅里叶变换,确定了基波分量和各次的谐波分量,并且根据电磁计算公式对发电机空载和满载运行工况下的额定励磁电流进行了计算。发电机端部漏磁在端部结构件中产生的涡流损耗是电机出现局部过热的原因之一。文中基于时变电磁场理论,在A-φ法描述的三维正弦涡流场的数学模型基础上,针对水轮发电机端部的结构特点,建立了水轮发电机端部的三维实体模型,并对发电机空载和满载两种运行工况下的发电机端部磁场进行了计算,得到了水轮发电机端部各结构件空载和满载运行工况下的矢量磁位和标量电位,并且通过涡流损耗计算公式求出了发电机端部各结构件中涡流电密和涡流损耗,给出了发电机端部主要结构件中的涡流损耗分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 水轮发电机端部涡流场的物理模型
• 2.1 水轮发电机端部主要结构
• 2.2 水轮发电机端部实体建模
• 2.2.1 定子绕组端部三维模型的建立
• 2.2.2 定子铁心边段模型
• 2.2.3 定子端部齿压指和分块压板的模型
• 2.2.4 建立转子端部三维模型
• 2.3 水轮发电机端部模型的有限元网格剖分
• 2.3.1 ANSYS 有限元网格剖分的特点
• 2.3.2 ANSYS 对发电机端部模型的网格化操作
• 2.4 本章小结
• 第3章 水轮发电机端部涡流场计算
• 3.1 发电机二维电磁场有限元计算
• 3.1.1 物理模型及其基本假设
• 3.1.2 数学模型和边界条件
• 3.1.3 发电机励磁电流的计算
• 3.2 发电机端部三维正弦涡流场的数学模型
• 3.3 发电机空载运行时端部三维磁场有限元计算
• 3.4 发电机满载运行时端部三维磁场有限元计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 水轮发电机端部涡流损耗计算
• 4.1 端部结构件涡流损耗的描述
• 4.2 发电机空载运行时端部构件涡流损耗计算结果
• 4.3 发电机满载运行时端部构件涡流损耗计算结果
• 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