兆瓦级双屏蔽感应电动机屏蔽套电磁与热问题研究

发布时间：2020-06-09 12:40

【摘要】：兆瓦级双屏蔽感应电动机是核电系统内的关键动力设备。屏蔽套是双屏蔽感应电动机的特有结构件,由于屏蔽套的加入,使得该类电机设计有别于常规电机,屏蔽套磁热力问题的准确分析成为此类电机电磁设计的关键。本文以双屏蔽感应电动机为研究对象,结合屏蔽套电磁与热问题研究现状,对屏蔽套损耗计算方法问题、温度场计算问题、动态性能计算问题和电磁力计算问题进行了研究。针对目前屏蔽套损耗计算方法无法考虑磁场透入深度且端部屏蔽套涡流损耗和屏蔽套与端部结构件间环流损耗难以计算的问题,研究了屏蔽套损耗的分布规律,提出了一种可以计及磁场透入深度和涡流端部效应的直线段屏蔽套涡流损耗计算方法,利用叠加法分离了端部屏蔽套涡流损耗、屏蔽套与端部结构件间环流损耗。给出了直线段屏蔽套涡流损耗在整个转速范围内的变化规律,得到了端部屏蔽套电流密度的幅值和分布规律,掌握了屏蔽套与端部结构件间环流对屏蔽套电流幅值和路径上的影响。在此基础上,揭示了屏蔽套涡流损耗、屏蔽套和端部结构件间环流损耗与屏蔽套材料、锥形环材料、支撑筒材料、压板材料之间的关系,得到了屏蔽套厚度的变化对屏蔽套损耗变化规律的影响。根据上述研究结果,提出了屏蔽套损耗的减小方法,给出了新方法对降低屏蔽套损耗的贡献程度。研究了屏蔽套对电机热源的影响,通过对核主泵冷却系统的研究,得到了双屏蔽感应电动机温度场的入口边界条件,采用有限体积法对双屏蔽感应电动机温度场进行计算,得到了屏蔽套温度场的分布情况,给出了计及屏蔽套和不计及屏蔽套时温度变化规律,得到了屏蔽套损耗对电机温度场的影响,掌握了双屏蔽感应电动机各部件的温度场图以及最大温度变化曲线和冷却条件上的联系,在此基础上,给出了双屏蔽感应电动机最佳冷却条件。提出了能够计及定转子屏蔽套的双屏蔽感应电动机的数学模型,建立了电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和机械特性方程,给出了双屏蔽感应电动机数学模型中各个参数的计算方法,分析了双屏蔽感应电动机动态过程,明确了双屏蔽感应电动机电源电压暂降对电机性能的影响,给出了双屏蔽感应电动机电源电压暂降的敏感度阈值,通过与有限元联合仿真计算结果和计算时长进行对比,验证了所提数学模型的合理性和高效性。根据洛伦兹力法计算了定转子屏蔽套和定转子绕组的电磁力密度,揭示了定子屏蔽套和转子屏蔽套电磁力密度空间分布的区别和原因,找到了屏蔽套局部受力严重的危险位置,明确了屏蔽套对端部绕组电磁力的影响程度,分析了屏蔽套材料、锥形环材料、支撑筒材料和环流对屏蔽套电磁力的影响,定量给出了本文提出的新方法对屏蔽套电磁力的减小程度,为双屏蔽感应电动机密封性能提供理论依据。
【图文】：

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济持续快速发展和人民生活水平日益提高，能展面临着经济社会发展中的能源供需总量平衡，造成的生态问题；西煤东运、北煤南运、西题；对国外资源依存的能源供应安全问题这开的气候变化会议上[2]，按合理利用和成熟性的各种替代能源分为四个档次，核能排在第一清洁和经济的能源，积极发展核电成为我国实选择[3-5]。在快速发展的核电领域内，双屏蔽感仍然完全进口国外设备，采用国外技术，严重力安全[6, 7]。双屏蔽感应电动机运行在密闭的的放射性物质。双屏蔽感应电动机在气隙两侧蔽感应电动机的特有结构件，能够保护定子铁由于屏蔽套的加入，，使得该类电机设计有别于准确分析成为此类电机电磁设计的关键。核主 1-1 所示。核主泵用双屏蔽感应电动机及其屏

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核主泵用双屏蔽感应电动机及其屏蔽套实物图如图1-2 所示[10]。图 1-1 双屏蔽感应电动机结构图Fig. 1-1 Structure diagram of double canned induction motors
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM346

【参考文献】