机电复合作用下发电电动机磁极连接线建模及应力分析

发布时间：2021-08-05 05:48

　　针对抽水蓄能机组发电电动机转子磁极连接线现有设计校核往往仅考虑单一机械应力作用,提出计及机端短路故障的机电复合作用下发电电动机磁极连接线建模及应力分析方法。首先,基于有限元方法建立某抽水蓄能机组发电电动机转子结构有限元模型,得到磁极连接线不同工况下单一机械应力结果,然后建立机端三相短路故障下发电电动机电磁场有限元模型,得到计及故障下电磁力作用的机电复合应力结果。结果表明,磁极连接线飞逸工况下承受机械应力约为额定工况时的2倍,电磁力对磁极连接线不同区域影响不均,受力方向和大小的变化规律与机械应力不同,机电复合作用下会造成磁极连接线局部应力激增。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(08)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

转子单元及磁极连接线模型

磁极连接线所受机械应力由转子高速旋转带来的离心力所产生，抽水蓄能机组运行期间转子的转速范围从零转速至最大的飞逸转速，在整个寿命周期内主要运行在额定转速。因此，转子励磁绕组磁极连接线的设计与校核一般选取额定转速和飞逸转速对应的离心力条件展开分析计算。对应本台机组额定工况（300rpm）和飞逸工况（465rpm）的转速分别添加约束进行仿真。为了得到抽水蓄能机组在额定转速和飞逸转速下磁极连接线机械应力规律，提取磁极连接线应力分布云图进行分析。飞逸工况下磁极连接线机械应力分布云图见图2（额定工况与飞逸工况下磁极连接线应力分布云图类似）。由图2可看出，连接线直角弯区域的应力主要集中在下侧，直角弯与螺栓连接部分的应力水平要小于直角弯下侧部分；Ω软连接区域的应力主要集中在弧顶，从弧顶至两侧平行段，应力水平逐渐降低；4个螺栓连接处区域的应力分布较为均匀。

发电电动机在正常运行时，载流的转子磁极连接线在磁场中会受到电磁力作用，发生短路故障时，流过短路电流的转子磁极连接线在增强的磁场中会受到更大更复杂的电磁力。考虑电机的极限工况，本文选取机端三相短路进行计算分析。为了得到发电电动机磁极连接线在机端三相短路故障下所受的电磁力，需研究发电电动机在短路故障时刻转子励磁绕组励磁电流大小和磁场分布规律。基于电磁有限元软件Flux建立了发电电动机2D模型，考虑转子对称结构，建立转子单极和定子15槽的几何模型。通过设置几何模型相关属性，添加相应的材料类型和机械条件，对模型进行网格剖分，对气隙、绕组、磁轭等重点分析区域增大网格密度，获取发电电动机有限元模型见图3。通过网格剖分极好单元所占比例达98%以上，网格质量满足计算要求。为了进一步验证有限元模型的正确性，针对发电电动机设计参数（表2），在转子励磁绕组通以额定空载励磁电流情况下，对其空载运行性能进行了仿真，对应的空载磁场分布和空载电压波形见图4。

【参考文献】：
期刊论文
[1]发电电动机励磁引线硬连接设计的几个问题[J]. 张飞,樊玉林,卢伟甫,王庭政,赵博,秦俊.  水电能源科学. 2018(09)
[2]蒲石河抽水蓄能电站发电电动机磁极线圈匝间开裂问题分析与处理[J]. 张法,苗彩凤,王海龙,王书枫.  上海大中型电机. 2018(02)
[3]仙居抽水蓄能机组发电电动机运行稳定性研究[J]. 郑小康,罗成宗,黄智欣,刘小松,孙锋.  水电与抽水蓄能. 2017(02)
[4]大规模风电并网下的抽水蓄能机组调频控制研究[J]. 邹金,赖旭,汪宁渤.  中国电机工程学报. 2017(02)
[5]柳洪水电站发电机转子磁极引线损坏的原因分析及处理[J]. 杨斌.  华中电力. 2010(04)
[6]我国抽水蓄能电站发展问题探讨[J]. 赵永生.  水力发电. 2003(07)



本文编号：3323189