大型水轮发电机端部涡流—温度耦合场的分析与计算

发布时间：2017-04-14 09:01

  本文关键词：大型水轮发电机端部涡流—温度耦合场的分析与计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：20世纪60年代以来发电机单机容量不断增大,线负荷更是快速增长,由此造成定子端部结构件过热,这不仅增加了能源损耗,还给电机的正常运行带来一定影响,加速绝缘老化,继而引发短路、甚至烧毁电机等事故。为此,人们对电机端部电磁-温度耦合场问题进行了分析和实验研究,以期解决大容量电机端部电磁场和温度场相关关键难题。据此,本文对大型水轮发电机端部三维电磁-温度耦合场进行了系统、深入的研究,主要研究内容和成果如下：首先,基于实际电机模型结合有限元仿真分析特点建立了水轮发电机端部有限元分析模型。计算模型中忽略了端部一些对仿真结果影响极小但又十分占用计算资源的细节之处,以便在现有计算机资源配置条件下能够实现大型水轮发电机端部涡流-温度耦合场的数值分析和计算。其次,着重讨论和解决了有限元仿真分析过程中的三个主要问题和难点。其一,为解决励磁电流大小和电枢电流初相位理论分析存在的误差大,提出了在理论计算值基础上基于电机电磁场数值分析进行修正,并最终确定了励磁电流和电枢电流初始相位。其二,针对端部压板集肤效应引起有限元网格剖分过多进而导致模型计算所需内存和时间超出计算机实际计算能力的“剖分大尺度”问题,本文通过对小模型的反复试验和验证以及对本文模型仿真结果的分析,最终总结出适用于集肤效应导体的剖分三点可行经验。其三,对于工程中很难确定的物体表面散热系数,根据模型实际通风散热情况结合工程实际中散热系数的计算方法,确定了本文模型中主要结构部件的散热系数和温度场边界条件。最后,本文在大量的理论分析和仿真计算的基础上结合有限元仿真软件MagNet和ThermNet,最终获得了空载、额定、进相0.95、进相0.8四种不同运行工况下端部电磁场和温度场数值计算结果,并对仿真结果进行了分析和总结。分析方法和仿真计算结果将为工程技术人员和相关科研人员提供具有借鉴意义的成果。
【关键词】：大型水轮发电机 进相运行 有限元 3D电磁-温度耦合场 涡流损耗 集肤效应 剖分 MagNet ThermNet
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM312
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 水力发电概况9-10
• 1.1.2 水轮发电机进相运行概况10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 发电机端部电磁温度耦合场研究现状11-12
• 1.2.2 数值计算方法在电机学中的应用和发展现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容与难点13-15
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 研究难点13-15
• 第二章 水轮发电机端部三维电磁及涡流场分析15-35
• 2.1 水轮发电机端部简化模型及其验证15-23
• 2.1.1 水轮发电机端部简化模型15-16
• 2.1.2 水轮发电机端部简化模型的验证16-22
• 2.1.3 水轮发电机端部简化模型的确立22-23
• 2.2 水轮发电机电磁场分析的边值问题23-26
• 2.2.1 电机三维电磁场的控制方程23-24
• 2.2.2 电磁场边界条件24-26
• 2.3 不同运行工况下励磁、电枢电流的计算26-31
• 2.3.1 电枢绕组分相26-27
• 2.3.2 电枢电流的计算27-30
• 2.3.3 励磁电流的计算30-31
• 2.4 集肤效应与“大尺度差别”问题31-35
• 2.4.1 集肤效应31-32
• 2.4.2 “大尺度差别”问题32-33
• 2.4.3 剖分精度33-34
• 2.4.4 局部细化剖分网格34-35
• 第三章 水轮发电机端部电磁场与涡流场及损耗的数值分析与计算35-46
• 3.1 气隙磁密B及谐波分析35-37
• 3.2 压指压板涡流场分布37-40
• 3.3 压指压板涡流损耗和定子铁芯铁耗分布40-46
• 第四章 水轮发电机端部三维温度场分析46-63
• 4.1 传热学基础46-50
• 4.1.1 热传导定律46-47
• 4.1.2 稳态时三维温度场的基本方程47-50
• 4.1.3 牛顿散热定律50
• 4.2 温度场的边界条件和散热系数50-53
• 4.2.1 温度场的边界条件50-51
• 4.2.2 端部构件散热系数计算51-53
• 4.3 温度场的仿真、计算结果53-61
• 4.4 电磁场与温度场数值计算结果分析与总结61-63
• 总结与展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 硕士期间发表的论文68

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