发电电动机平铺磁轭型磁极连接线的应力分析

抽水蓄能电站中的发电电动机在频繁的启停机和发电电动转换过程中,转子承受较大的机械应力变化.另外,不当的装配工艺也可能使转子部件承受较大的预应力.位于发电电动机励磁回路的磁极间连接线在上述应力的作用下,出现故障的概率较高.对一台18极334MW发电电动机的平铺磁轭型磁极连接线建立了机械应力计算有限元模型,分析了不同结构参数的该型磁极连接线在额定转速、甩负荷和飞逸转速状态下受到的机械应力,提出了结构设计方面的建议.     

机热耦合下发电电动机磁极引线应力及寿命评估

抽水蓄能发电电动机转子磁极引线的安全可靠对其运行有重要影响,针对磁极引线弯角断裂的问题,提出了考虑机热耦合作用的磁极引线应力及疲劳寿命评估方法。首先,基于发电电动机转子实际结构,建立1/20转子整机的有限元模型;其次,分析了不同工况下的磁极引线的机械应力和机热耦合作用下的复合应力;最后,基于S-N曲线计算其疲劳寿命。结果表明,考虑机热耦合作用后的磁极引线的应力和疲劳寿命比不考虑热作用时有明显差别,其应力最高增加了81%,疲劳寿命显著下降,疲劳损伤增加了约50倍。     

电动及发电工况下抽水蓄能发电电动机的电磁特性分析

为研究抽水蓄能发电电动机电动和发电两种工况对电机自身及电力系统的影响问题,以广州抽水蓄能电站B厂内一台发电电动机为例,建立二维有限元模型,结合有限元和场路耦合方法,联立求解得到两种工况的磁场分布,并对比分析了两种工况下的磁力线分布、气隙磁密、电磁转矩等。结果表明,与发电工况相比,电动工况下单个磁极内的磁场分布不均匀程度更高,磁力线偏移更大,转子所受电磁转矩的波动更强,对电机自身及系统稳定性的影响更高。研究结果可为抽水蓄能发电电动机组长期稳定运行提供参考。     

抽水蓄能机组发电电动机磁极线圈位移的分析与监造

抽水蓄能机组磁极是一种在高转速状态下的磁极悬挂结构,其磁级线圈承受着巨大的离心机械应力、热负荷应力和电磁负荷应力,时刻存在着出现磁极线圈位移的可能,为此,就抽水蓄能发电电动机磁极线圈运行中出现过的位移故障进行分析并用来指导在建机组监造,很有意义。     

交流励磁发电电动机内部故障分析及主保护设计新进展

国内抽水蓄能电站的建设已进入高潮,已在国外广泛应用的转速可调的交流励磁发电电动机也备受关注.丰宁抽水蓄能二期工程准备投产两台300MW可调速交流励磁发电电动机,本文对此机组定子绕组/转子绕组内部故障分析计算的方法以及主保护设计的特点进行归纳总结,为后续变速机组的设计提供了借鉴:交流励磁发电电动机多回路数学模型是交流电机多回路理论的拓展,其正确性已得到实验样机的验证;基于常规水电机组和定速发电电动机主保护设计经验,通过典型故障特征分析来简化丰宁抽水蓄能二期变速机组定子绕组主保护设计;交流励磁发电电动机转子绕组内部短路时产生的分数次谐波磁场会在定子绕组同相分支间产生环流,为变速机组故障率高的转子绕组主保护设计提供了新思路.     

发电电动机励磁引线硬连接设计的几个问题

梳理了近年来因磁极引线问题导致发电电动机事故停运事件,分析了导致停运产生的原因,并在此基础上对励磁引线设计进行了总结。分析结果表明,抽水蓄能发电电动机励磁引线设计与常规水电机组发电机励磁引线设计不同,应充分考虑抽水蓄能机组工况复杂、启停频繁的运行特点,注重热及动静作用力下的引线应力变化特征研究及其对引线寿命的影响;应强化磁极引线结构设计,采用合理的断面形状,避免因结构导致的失效问题;应研究铜导体在正常及极限温升条件下的机械特性,以便建立合理的数学模型评估引线性能;并应充分考虑铜导体的电接触机理及其电腐蚀机理,从而避免了由此引起的设计、安装及运行等问题。     

发电电动机定子端部绕组电磁-结构耦合场计算

针对发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下易发生故障的问题,以广州抽水蓄能电站B厂的发电电动机为例,建立了发电电动机定子端部绕组的三维模型,通过有限元法对模型电磁与结构顺序耦合进行仿真计算,得到了额定运行时电机端部绕组的应力和应变分布。结果表明,该方法能够有效地分析发电电动机定子端部绕组在电磁力作用下的应力应变分布,计算精确度比较高。     

基于多回路理论的交流励磁电机转子绕组内部故障仿真与实验研究

交流励磁电机正逐步应用于变速抽水蓄能机组.与和常规水电机组相比,抽水蓄能机组由于转速高且启停频繁,它的转子绕组振动更剧烈,也更容易发生磨损并导致内部故障,因而需要研究针对变速抽水蓄能机组转子 绕组内部故障的主保护方案.本文研究交流励磁电机的转子绕组内部故障时采用多回路理论,首先将多回路建模法应用于交流励磁电机并编写程序以进行暂态故障仿真;然后在特制的交流励磁样机上进行不同工况下,转子绕组内部不同短路类型的故障实验,验证仿真计算的正确性.为了制定针对性强的主保护方案,本文进一步分析交流励磁电机转子绕组内部故障时的物理机理和电气特征,并据此提出监测定子分支环流的新型保护方案.     

变速抽水蓄能发电电动机电磁设计与试验研究

根据变速抽水蓄能发电电动机的运行原理、等效电路以及功率传输特性,对10MW变速抽水蓄能发电电动机进行了电磁设计,确定了10MW变速抽水蓄能发电电动机的主要结构尺寸;建立了变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机电磁场数学方程进行了计算,分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下亚同步速时磁力线和气隙磁密的分布情况,确定了在发电机工况下亚同步速时定子电压波形和定子电流波形,研究了定子铁芯损耗和转子铁芯损耗的分布规律;根据电磁设计参数加工制造了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机,搭建试验测试平台,将试验测试结果和计算结果进行对比,验证了电磁设计方案的可行性和计算结果的准确性,为更大容量变速抽水蓄能电机的研究奠定了基础.     

抽蓄机组斜支臂转子支架动态强度研究

开展抽蓄电站斜支臂转子支架在实际运行工况下动态特性的理论与实验研究。建立斜支臂转子支架有限元模型,对斜支臂转子支架结构发电与抽水过渡工况进行计算分析,得到抽水与发电工况下斜支臂转子支架结构的动态响应。基于无线应变电测法,对各过渡工况下转子支架斜筋易损部位进行应力测试。研究表明:发电与抽水工况斜支臂转子支架径向变形与等效应力随载荷的增大而不断增加,其中离心力载荷起主导作用;抽水工况下电磁扭矩可明显加剧径向变形,而在发电工况下其作用效果并不明显;斜支臂转子支架切向承载能力与斜筋倾斜方向有关,同斜筋倾斜方向的电磁扭矩将减小支架斜筋部位等效应力,反之则增大结构等效应力。     

抽水蓄能发电电动机电磁场三维有限元分析

发电电动机是抽水蓄能电站的核心部分,其运行时涉及的电磁、机械、散热等问题十分复杂,是一个多物理场耦合分析问题,其中电磁场分析是基础。以广州抽水蓄能B厂某发电电动机为例,采用三维有限元法对其进行电磁场计算,建立了发电电动机的三维模型,分析了电流密度、磁场分布和气隙磁密的分布情况。结果表明,定子绕组电流和励磁绕组电流大小符合电机在满载运行时的情况;磁极处磁密最大,槽齿处磁密也较大,轭部和相邻两磁极交界处的磁密较小;气隙磁密沿轴向的大小不是恒定值,由于端部漏磁通的影响,靠近端部的气隙径向磁密小于轴向中心处。     

不同工况下3.3 MW永磁直驱风力发电机电磁场仿真分析及损耗修正

文章设计了一台3.3 MW外转子表贴式永磁直驱风力发电机,并对其电磁性能及短路故障情况进行了有限元仿真分析。首先,得出了这台电机在额定工况下的转矩和磁密分布等结果,以及在相间绕组短路和三相绕组短路两种情况下电机转矩、电压和电流等曲线的变化情况;然后,通过三维静磁场仿真,探究了电机定子的径向通风道结构对二维有限元仿真的影响程度,并对铁耗进行了修正;最后,通过电磁场-温度场的耦合迭代仿真,考虑了温度场影响下的电机内部材料特性的变化对电机损耗结果的影响。     

转子极数对无刷双馈电机径向电磁力的影响

无刷双馈电机运行时依靠有用磁场分量实现机电能量转化,因而产生径向电磁力不平衡、振动和噪声问题,制约了产业化进程。基于无刷双馈电机径向电磁力的产生机理,借助解析法和有限元分析法,对气隙磁场进行分析,计算出气隙磁密的切向分量,进一步得到不同时刻、不同位置的径向电磁力,从而分析不同极数、极数配合、凸极数等因素对径向电磁力的影响,得出其影响径向电磁力的通用规律。研制了8/4极无刷双馈试验样机并进行了振动试验测试,证明了结论的有效性,为无刷双馈电机的开发设计提供了重要的参考依据。     

基于机械阻抗法的开关磁阻电机振动模型研究

开关磁阻电机的振动和噪声问题一直是限制其应用和推广的瓶颈,而定、转子之间的径向电磁力导致定子的形变是产生电磁噪声和振动的根本原因,因此通过有限元仿真分析得出电机在不同电流、不同转子位置时的非线性电感曲线族、瞬时转矩和电磁力,在此基础上基于机械阻抗法建立了Matlab/Simulink电机模型,计算电机运行时所产生的振动加速度,总结了一些减小电机振动和噪声的设计原则,并通过试验样机验证了所提建模仿真方法的有效性,可为开关磁阻电机的减振和降噪研究提供理论指导。     

磁芯材料对电磁阀静态电磁力的影响研究

利用电磁场有限元分析软件JMAG Designer建立了电磁阀有限元仿真模型.经与试验数据对比,该模型的静态电磁力的平均误差为4.8％,仿真模型的正确性得到验证.基于该仿真模型对比分析了在不同工作气隙和电流条件下,16MnCr5和20CrMn两种磁芯材料对电磁阀磁感应强度的分布以及静态电磁力大小的影响规律.研究结果表明:磁芯材料对电磁阀的性能有较大的影响,不同磁芯材料的电磁阀在相同工况下衔铁表面产生的磁感应强度不同,进而导致电磁阀产生的静态电磁力不同.相比之下,以16MnCr5作为磁芯材料的电磁阀,其衔铁表面产生的磁感应强度更大,从而使得电磁阀产生静态电磁力更大.     

Detection of rotor slot and other eccentricity related harmonics ina three phase induction motor with different rotor cages

Detection of rotor slot and other eccentricity related harmonics in the line current of a three phase induction motor is important both from the viewpoint of sensorless speed estimation as well as eccentricity related fault detection. However, it is now clear that not all three phase induction motors are capable of generating such harmonics in the line current. Recent research has shown that the presence of these harmonics is primarily dependent on the number of rotor slots and the number of fundamental pole pairs of the machine. While the number of fundamental pole pairs of a three phase induction motor usually is within one to four (higher pole pairs are generally avoided due to increased magnetizing current), the number of rotor slots can vary widely. The present paper investigates this phenomenon further and obtains a hitherto nebulous theoretical basis for the experimentally verified results. Detailed coupled magnetic circuit simulation results are presented for a four pole, three phase induction motor with 44, 43, and 42 rotor slots under healthy, static, dynamic and mixed eccentricity conditions. The simulation is flexible enough to accommodate other pole numbers also. These simulations are helpful in quantifying the predicted harmonics under different combinations of load, pole pair numbers, rotor slots and eccentricity conditions, thus making the problem easier for drive designers or diagnostic tools' developers. Data from three different induction machines, namely, a 4 pole, 44 bar, 3 hp, a 4 pole, 28 bar, 3 hp and a 2 pole, 39 bar, 100 hp motor have been used to verify the results experimentally. The simulation and the experimental results clearly validate the theoretical findings put forward in this paper