考虑定子铁心片间短路时的涡流及涡流损耗的有限元分析

对于定子铁心中发生片间短路时的涡流及涡流损耗计算的问题,提出了一种基于低频下的均质化方法,且该均质化方法利用有限元方法进行分析。直接模拟方法需要对每个叠片进行非常细致的剖分,因此会导致巨大的计算上的未知。为了避免对每个叠片进行模拟,本文使用等效电导率的连续体模型代替大量的叠片。应用上面提出的方法对一台发生片间短路的大型异步电机的定子通过使用T,Ψ-Ψ方程的三维有限元软件进行计算验证,并将引入各向异性电导率的连续体模型下获得的结果与实际叠片下获得的精确解进行对比分析,可知在各向异性电导率的连续体模型下获得的故障点分析可以有效地满足实际的精度要求。     

考虑铁心片间短路故障的均匀化建模方法

铁心叠片绝缘故障导致片间短路问题,一直是影响大型高压电机安全稳定运行故障之一。现行复杂叠片短路故障模拟计算方法,未能充分考虑频率和磁通对垂直于冲片轧制方向集肤深度影响,同时存在因叠片网格剖分计算量大而不利于工程应用。提出一种针对片间故障的快速模拟方法,采用宏观结构等效电导率与磁导率的均匀连续体代替实际叠片,构建片间故障的快速模拟模型。使用T,ψ-ψ方程的三维涡流场对片间绝缘区域进行计算,并将实际叠片模型与均匀化模型的仿真结果对比。最后以大型高压电机YR630-12/1430的铁心为例,进行片间故障电流的检测实验。结果表明,有限元仿真结果与实验结果相近,该模型可以快速且有效仿真实际片间故障,满足工程需求。     

利用等效电导率进行叠片铁心涡流场分析的有效性和精确性(英文)

对于分析叠片铁心中的涡流问题,利用各种等效电导率替代硅钢片实际电导率的匀质化方法是很有应用前景的。为了评估各种电导率模型,该文提出了铁心涡流场分析的二维解析验证方法,并分别基于引入各向异性或各向同性等效电导率的铁心连续体表述和实际叠片表述对涡流场进行了解析计算。通过比较连续体表述下所得到的平均磁通密度和涡流损耗值与相应由实际叠片表述所得到的精确解,对各种电导率模型的有效性和准确性在各种条件下进行了评估。为了进一步考察电导率模型对实际工程问题的适用性,利用有限元法进行了关于TEAM 21面向工程基准问题的磁通和杂散场损耗计算。计算结果表明,由该文作者所提出的等效电导率模型优于其他模型。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

计及异常涡流损耗机制的叠层铁心三维涡流场分析

电机和变压器运行过程中,叠层铁心中会产生涡流,为了实现设备性能精确预测,对涡流所产生的去磁效应和损耗尤其是异常涡流损耗必须进行有效计算。但是,现有的基于磁畴及畴壁运动模型或磁滞模型的涡流场计算方法存在过于复杂、难以融入数值计算等局限性。该文在异常涡流损耗因子概念基础上,并结合前期研究工作成果,提出叠层铁心各向异性等效电导率修正模型,并通过叠层铁心涡流场理论分析及总涡流损耗关系式推导和比较,证明所提出等效电导率修正模型的合理性。通过制作典型的取向硅钢片卷铁心模型,并以此为研究对象进行实验测量及三维有限元涡流场计算,揭示实际铁心涡流去磁效应远超过仅考虑存在经典涡流的传统涡流场计算方法预测结果,通过比较各种励磁条件下的磁密和铁耗测量值与计算值,进一步验证该文提出的等效电导率修正模型及相关涡流场分析方法的可行性和有效性。     

基于有限元法的电机铁心涡流损耗分析

根据电机铁心叠片的特点,建立了非线性时变磁场有限元分析模型,在多种磁通频率下进行了叠片涡流损耗的计算,与通用公式计算结果相比较,说明了本文有限元法的正确性;同时列出证据并经过分析,阐述了通用公式的参考适用范围.本文研究对实际工程中电机铁耗计算有一定的实用价值.     

硅钢叠片在宽频三轴正交激磁条件下的磁特性模拟方法研究

针对硅钢叠片的工作磁通频率高于工频时磁特性计算不准确的问题,开展了宽频(20Hz~1k Hz)激磁条件下的磁特性测量和建模。建立了硅钢叠片的线性涡流场解析模型,该模型在低磁场激励下有效预测硅钢片宽频磁特性;在高磁场激励下,提出一种考虑多涡流域和非线性的瞬态电磁有限元方法。该方法模拟了二维硅钢片材料,隔离了叠片铁心二维平面内多个涡流区域,计算了硅钢叠片的宽频磁化曲线。最后,利用三轴正交磁特性测量装置对硅钢叠片进行综合磁特实验。比较实验结果与数值模拟结果验证算法的有效性。     

大型电力变压器箱体不同屏蔽方式的屏蔽特性研究

针对大型电力变压器箱体屏蔽与降低箱壳涡流损耗问题,利用三维瞬态有限元法,在考虑箱体材料的非线性和磁屏蔽叠片结构的情况下,计算分析了不同屏蔽方式的屏蔽特性,对磁屏蔽叠片结构采用各向异性材料来近似表示叠片特性。以一台330 k V单相电力变压器为研究对象进行计算分析,分别计算研究了配置箱体前后侧磁屏蔽、增加上下磁屏蔽和增添箱体拐角铜屏蔽三种方案下箱体的磁场及涡流损耗。基于计算结果,总结了不同屏蔽方式的屏蔽特性,为工程设计提供了依据。     

影响变压器空载损耗的铁心叠片结构改进

变压器的空载损耗主要包括铁心的磁滞损耗、涡流损耗和铁心附加损耗,影响空载损耗的原因包括叠片的材料与性能、硅钢片之间绝缘性能、叠片的剪切方式和叠积方式等。通过在铁心设计和叠片结构工艺制造上采取相应措施,提高材料的利用率,降低铁心的附加损耗,提高了变压器的空载性能。     

横向磁通永磁直线电机损耗的研究

针对三维磁场下的横向磁通永磁直线电机定子铁心损耗和永磁体涡流损耗展开研究,百无给出了电机空载时的三维磁场分布图及各点的磁密波形变化规律,分析在匀速运动下速度大小、负载电流大小以及电流超前与滞后控制方式对电机定子铁心损耗的影响;其次给出了横向磁通永磁直线电机三维涡流场的数学模型,通过有限元数值计算分析空载、负载两种情况下涡流损耗随速度的变化规律;最后搭建了电机铁心损耗实验平台,通过样机空载实验与数值计算结果对比,验证铁心损耗数值计算的合理性.     

考虑多点接地故障的变压器铁心均匀化建模方法

铁心多点接地故障是变压器发生频率最高、危害最严重的故障之一。针对变压器铁心发生多点接地时故障电流的计算问题进行研究.首先提出了一种考虑铁心多点接地故障的均匀化方法,然后基于所提均匀化方法建立了变压器多点接地有限元计算模型,并在三维涡流场下对试验变压器的故障电流进行有限元计算与分析,最后通过多点接地试验对模型进行验证。结果表明,有限元仿真结果与试验结果相近,说明基于所提出均匀化建模方法可以有效地计算变压器多点接地故障电流,并能满足工程上的精度要求。     

一种变压器直流偏磁箱体损耗计算方法

正应用三维变压器瞬态场路耦合模型计算变压器直流偏磁,以电路和磁场的计算电流为基础,计算研究变压器箱体的瞬涡流损耗。根据实际单相三柱式变压器建立模型,在不同运行方式中以电流作为输入量,分析不同偏磁条件下变压器箱体的磁场、涡流及损耗的分布,并总结其变化规律。结果表明,直流偏磁时铁心饱和,励磁电流畸变,漏磁增大,箱体的涡流损耗升高。此方法分析变压器直流偏磁时内部磁场与箱体涡流的变化情况,从而为其构件损     

一种考虑磁滞和微观涡流效应的电磁模拟方法

电机和电力变压器电磁仿真以实心材料代替硅钢叠片铁心,难以准确描述涡流路径,并且忽略了涡流效应影响。该文提出了一种考虑微观涡流和磁滞的电磁模拟算法。通过一阶回转曲线计算磁滞过程的Everett函数,从而辨识逆Preisach模型的参数,并对微观涡流损耗系数进行优化拟合;构建考虑微观涡流和磁滞效应的电磁本构方程,设计有限元离散和方程组迭代的算法,实现Maxwell方程、磁滞和微观涡流场的耦合。最后,对无取向钢片35WW270进行了交变一维磁特性和旋转二维磁特性的实验。为了验证数值算法的有效性,三维磁特性测量装置简化为二维模型进行电磁有限元仿真,仿真结果与交变和旋转磁特性测量结果吻合较好,验证了叠片铁心微观涡流算法的正确性和有效性。     

利用等效复磁导率幅值对硅钢叠片铁心的改进均质化方法

工程上通常用电工钢等低损耗软磁材料制作电力变压器叠片铁心,并通过减少磁性材料叠片厚度和涂抹绝缘涂层来降低叠片的涡流损耗。在计算机仿真中通常用均质化方法对多层薄叠片进行建模,但需要在边缘处进行加密剖分以考虑集肤效应,计算成本较未均质化时有所下降,但依然较高。本文利用含有集肤效应的等效复磁导率幅值改进均质化公式,降低边缘网格的剖分数目,进一步降低计算成本。将国际基准问题TEAM 21^d-M的20层硅钢片均质化并进行磁通以及损耗计算,结果显示本文所提方法在仿真数据上与实验结果最大误差不超过6%,内存占用、计算耗时上较已有的均质化方法大幅提升,表明改进均质化方法准确度高、速度快。     

大型半速汽轮发电机非全相工况下转子涡流损耗的研究

发电机不对称运行时,会产生负序电流,负序电流会在转子表面感生一定的涡流损耗,这将导致发电机涡流损耗增大,温升变高。而非全相运行属于一种较为严重的不对称故障状态,所以对发电机非全相运行时转子表面涡流及涡流损耗的研究就显得尤为重要。首先,为了准确分析计算发电机非全相运行时转子表面涡流和涡流损耗,建立了用于单机无穷大系统动态分析的场–路–网耦合时步有限元模型,分析计算了发电机额定并网运行时变压器高压侧一相和两相断开的非全相工况下,产生的负序电流在转子表面感生出的涡流损耗,揭示出转子各部分涡流损耗的分布规律。其次,计算了发电机额定并网工况下转子涡流损耗,将计算结果与非全相工况下的结果进行了对比分析,得出一些有价值的结论。最后,为了分析槽楔连接方式对转子涡流损耗的影响,分析计算了槽楔短接和断开两种情况下的转子表面涡流损耗,结果表明槽楔不同的连接方式对转子各部分涡流损耗有很大的影响。     

用有限元方法计算汽轮发电机端部涡流场和温度场

本文用有限元方法对发电机端部涡流场和温度场联合求解。将矢量磁位方法发展到汽轮发电机端部涡流场计算中,计算中考虑了铁心中有限的磁导率及线圈的实际厚度。并用三维等参有限元方法计算了涡流损耗引起的温升分布。计算值与实测值符合较好。     

考虑旋转磁通的PMSM铁心损耗数值计算

为了准确计算交流永磁同步电机(PMSM)铁心损耗,采用二维有限元法对PMSM定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,借助谐波分析的方法,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,给出了一种较准确求解定子铁心损耗和PMSM转子涡流损耗的计算方法,并与传统的计算方法进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁通密度影响时的定子铁心损耗计算值与传统的仅考虑交变基波磁通密度时的损耗计算值相比有显著增加,更接近于实际测量值,磁极涡流损耗值与定子槽口大小密切相关,占电机总损耗的比重较大,是不可忽略的.     

干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验分析

笔者利用有限元法分析计算了干式空心电抗器线圈的自感、互感及涡流损耗等电磁参数,分析了存在匝间绝缘短路的电抗器在不同频率电源作用下整体电感的变化规律。在分析的基础上,提出的脉冲振荡电压法是适用于干式空心电抗器匝间绝缘故障检测的一种有效试验方法,并设计和研制出一套电抗器匝间绝缘检测设备。通过对绝缘完好和存在匝间短路状况下的两组电抗器试验电压与电流的波形的比较,验证了电抗器匝间绝缘状况检测方法的有效性。     

基于相似原理的脉宽调制电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法

提出一种基于相似原理的脉宽调制(PWM)电压激励下电机永磁体涡流损耗频域压缩计算方法,将PWM高频谐波涡流问题变换为降频涡流问题,从而减少时步有限元分析的计算步数并缩短计算时间。在以往相似方法基础上,进一步考虑了铁心磁饱和,并保持了基波电压、频率以及电机转速不变。以相似问题和原问题中磁场高频成分具有相同透入深度为条件,通过理论解析法分析两者在电机电流、电机电磁场和永磁体涡流损耗上的相似关系。以一台定子齿部存在磁饱和的表贴式永磁电机为例,将相似方法与传统时步有限元法进行比较验证,结果表明定子电流高频谐波相差不大于6.6%,在相似比为4时,永磁体涡流损耗相差-4.75%,计算用时仅为传统有限元法的1/5。通过测量线圈中放置金属块后线圈的阻抗变化以及测量电机永磁体的温升,分别对相似方法及其涡流损耗计算结果进行了物理验证。     

PMSM定子铁耗与磁极涡流损耗计算及其对温度场的影响

采用二维有限元法对交流永磁同步电动机(PMSM)定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律以及磁极区域涡流场的分布规律.在此基础上,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,计算了电机定子饱和铁心损耗与磁极涡流损耗,并将此计算结果应用于电机的三维温度场计算中,分析了两类损耗对电机温升的影响.通过计算结果与实测值的对比分析,验证了损耗与温度场计算方法的正确性.