高速抽水蓄能电机转子磁极结构优化研究

发布时间：2017-10-22 01:12

  本文关键词：高速抽水蓄能电机转子磁极结构优化研究

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【摘要】：近年来,磁极线圈和阻尼绕组甩出引发扫膛的事故常有发生。由于转子磁极结构设计等问题存在,导致机组运行时磁极线圈从磁极中心偏向极靴外侧甩出。抽水蓄能发电机组运行的可靠性直接影响着发电厂乃至整个电力系统的安全稳定运行,而励磁系统作为电机的关键部分,其可靠性更为重要。高速水轮发电机励磁绕组和阻尼绕组在飞逸转速下会产生很大的离心效应,在电磁力和离心力共同作用下,如果受力超过强度要求,就会发生扫膛事故。扫膛事故造成的损失是巨大的,因此引起了人们的极大重视,应客观、细致的进行剖析。本文以一台额定转速为250r/min凸极同步电机作为研究对象,根据场路耦合时步有限元法,对转子磁极以及阻尼绕组进行了计算与研究。首先利用有限元软件搭建了发电机转子的二维瞬态磁场模型,给定边界条件,网格剖分及求解设定,并对其额定运行情况进行仿真计算,计算结果与其设计值进行比较,验证模型建立的正确性;在所建二维电磁模型的基础上,通过搭建外电路,进行电磁力仿真计算,分析研究发电机在额定工况和飞逸工况下发电机内部的磁场情况并得出磁极线圈和阻尼绕组的受力情况;然后对磁极的极身以及极靴结构进行优化,并进行仿真计算,对比几种优化结构对磁场以励磁线圈和阻尼绕组受力情况的影响,找到其中变化规律,为结构优化提供依据与帮助。其次利用Pro/E搭建的三维静力学模型,设定边界条件,网格剖分及求解设定。并对其额定转速以及飞逸转速下的转子离心力进行仿真计算,并且求解磁极线圈以及阻尼绕组的应力分布和形变;将转子磁极结构进行优化,将优化后的结构进行仿真计算,对比计算得出的应力大小和形变的程度,分析其中的关系特点,为结构的优化提供有力帮助。最后将电磁力与离心力结合起来联合仿真计算,分析改变结构对磁极线圈与阻尼绕组的影响。利用有限元模型,提取电磁力数据,输入到静力学三维模型中,综合起来分析问题。以达到优化结构,减少扫膛事故发生的目的。
【关键词】：抽水蓄能电机 磁极结构优化 电磁力 离心力
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV743;TV734
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外抽水蓄能电站发展概况11-13
• 1.3 课题来源及主要研究内容13-14
• 第2章 场路耦合基本理论及数学模型建立14-23
• 2.1 电机内电磁场的基本方程14-15
• 2.2 同步发电电动机场路耦合数学模型15-19
• 2.2.1 同步发电电动机电磁场方程15-17
• 2.2.2 同步发电电动机电路方程17-18
• 2.2.3 场路耦合数学模型18-19
• 2.3 抽水蓄能发电机转子磁极结构电磁力及强度理论分析19-22
• 2.3.1 基于等效节点力计算电磁力密度及应力方法19-20
• 2.3.2 结构主应力状态变化的强度理论20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 转子结构的电磁力分析与结构优化23-45
• 3.1 建立抽水蓄能发电电动机的相关仿真模型23-25
• 3.1.1 求解域模型的建立23-24
• 3.1.2 外电路的搭建24-25
• 3.2 额定运行情况抽水蓄能发电机转子磁场分析25-30
• 3.2.1 矩形磁极结构下发电机内部磁场计算25
• 3.2.2 塔形向心磁极结构下发电机内部磁场计算25-28
• 3.2.3 三种极靴类型结构下发电机内部磁场计算28-30
• 3.3 不同磁极结构下转子磁极电磁力分析30-44
• 3.3.1 磁极线圈电磁力有限元计算与分析30-34
• 3.3.2 优化后磁极线圈受力对比34-42
• 3.3.3 优化后阻尼绕组电磁力对比42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 基于ANSYS的磁极强度分析45-55
• 4.1 引言45-48
• 4.1.1 有限元三维模型的建立45-47
• 4.1.2 瞬态动力及模态学分析基础47-48
• 4.2 有限元仿真计算结果分析48-52
• 4.3 结构的模态分析52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1076076