TGS3601程序中发电机气隙磁势的计算和对转子电流计算的影响

TGS3601程序对发电机气隙磁势的计算,采用了两种不同的计算方法,（1）根据气隙磁通密度求得,（2）根据发电机的空载饱和特性第一点的斜率求得。因此,对于空载额定定子电压时对应气隙磁势的转子电流,和额定负载下励磁电流的计算结果将有所不同。本文可供发电机设计和试验人员计算参考。     

汽轮发电机磁路饱和与磁场畸变共同作用对运行的影响

以300 MW汽轮发电机为实例,以有限元方法为工具,研究大型汽轮发电机在临界失稳条件下磁路饱和与磁场畸变共同作用的本质特点及其对运行的影响。通过对比分析不同饱和程度和不同功角下的磁场分布、磁密波形及感应电势等,发现两者共同作用不仅会导致产生相同气隙电势所需的合成磁势发生变化,而且还会引起磁密波形对称性及其谐波含量的显著变化;进一步研究了这些变化对给定负载下的励磁电流、气隙磁场方向、电势波形和定子铁心齿部磁密波形的影响。上述结果为进一步研究发电机在非正常运行条件下的模型和参数提供重要参考。     

基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换，计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势；采用离散线电流元，定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象；基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法，建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路，给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象，计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布，分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响，并与有限元计算结果对比，验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。     

汽轮发电机内部非线性特征的定量表述

为了建立汽轮发电机的精确的非线性模型，以有限元方法为工具，系统研究了汽轮发电机的3种非线性因素，即主磁通饱和效应、励磁电流漏磁通导致的转子轭部附加饱和效应及磁场畸变非线性。采用定、转子齿部磁压降及转子轭部磁压降在总的磁势中所占比例表示相关部分磁路饱和非线性，进而研究磁场畸变非线性的定量表示方法。提出用等效气隙长度相对于气隙设计长度的变化来描述磁场畸变非线性。在额定点附近，等效气隙长度达到设计值的1.4倍，而在临界失稳工况下，等效气隙长度达到后者的2倍以上。通过300 MW发电机实测数据与有限元计算结果对比，说明结果可信。该方法与传统方法相比，可以更准确地描述汽轮发电机非正常运行条件下的非线性程度。     

同步发电机d-q轴饱和特性曲线族

该文针对同步发电机的非正常运行条件，以理论分析和有限元计算相结合的方法，系统研究了合成磁场在空间的位置及励磁电流的大小对饱和特性的影响，提出了以功角和励磁电流标幺值为参数的饱和特性曲线族，并以300MW汽轮发电机和640MW水轮发电机为例，求出了相应的曲线族。按照所求得的曲线族，当功角较大或功角一定而励磁电流标幺值较大时，为产生一定大小的气隙电热Eδ所需的合成电流I∑的值，比按空载特性确定的值在极限情况下有可能要大40%。与实测对比表明，采用该文提出的新的饱和特性曲线族，可以更准确地分析同步发电机在非正常条件下的运行行为。     

汽轮发电机双因素非线性特性的研究

通过理论分析和有限元计算相结合的方法,以一台300MW汽轮发电机为例,对其在正常和非正常运行状态下的非线性特性曲线族和磁场分布进行了系统研究和分析,提出主要是由于铁心饱和与磁场畸变两个因素的影响,导致了汽轮发电机复杂的非线性特性.在功角相同的情况下,由于励磁电流大小不同导致的转子漏磁场的差异,影响了转子铁心的饱和,使产生相同的气隙电势Eδ时就需要不同的合成电流IΣ;而在功角较大状态下发生的磁场畸变则增长了主磁路经过气隙的部分,同样会影响合成电流产生气隙电势的大小.     

汽轮发电机的定子铁芯设计

1 定子铁芯的作用发电机转子的旋转主磁通在定子绕组中感应电势,产生发电机的负载电流。而定子绕组的电流产生电枢磁势和转子的磁势合成的总磁势,在定子铁芯、气隙和转子构成的磁回路中形成合成磁通,建立起发电机电压。两极汽轮发电机磁路如图7所示。定子铁芯的作用是使发电机总磁通获得低磁阻的磁路,同时起着固定定子绕组的作     

汽轮发电机在饱和与磁场畸变时负载励磁电流计算的新方法

磁路饱和与磁场畸变的共同作用会使发电机负载饱和特性显著偏离其空载特性,为了计算这种差异,提出了其负载励磁电流计算的一种改进方法.以300 MW汽轮发电机为例,以有限元方法为工具,获得了反映磁路饱和与磁场畸变共同作用下负载非线性特性的关系曲线族,提出了用这种新曲线族代替空载特性计算负载励磁电流的新方法.通过计算发电机在不同功角下的负载励磁电流,说明该方法比传统方法有较高的计算精度,比有限元方法有较快的计算速度.     

综合谐波磁场幅度系数

凸极同步发电机综合谐波磁场幅度系数的大小,是谐波励磁系统进行分析计算的基本数据。经过几年来的试验分析我们还没有找到一个精确计算的公式,以反映综合幅度系数随ψ(极抱系数),δ_m/δ(气隙比),δ_m/τ(最大气隙与极距之比),负载状况,负载磁势与气隙磁势之比等等因素之间在数量上的变化关系。特别是电机的饱和程度对气隙磁场波形分布的影响,至今还是一个不     

具有磁性和非磁性槽楔的汽轮发电机转子槽分度的计算与分析

为了研究汽轮发电机转子不同槽分度对电机电磁场的影响,以150 WM空冷汽轮发电机为例,建立了汽轮发电机的二维数学模型和物理模型。采用二维有限元方法,计算了转子带有非磁性槽楔和磁性槽楔时不同槽分度下的电磁场及发电机的饱和电抗值,并在此基础上研究了不同槽分度情况下非磁性和磁性材料的3种转子槽楔对发电机定、转子损耗的影响。计算结果表明,转子采用弱磁性槽楔和导磁导电的Fe-Cu合金槽楔后,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小,同时可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗。计算结果为发电机转子磁性槽楔和槽分度的选择设计提供了理论依据。     

游梁式抽油机专用高起动转矩节能电机的起动性能计算

在考虑磁饱和的影响及磁路和电路耦合的同时,以二维有限元为基础,建立了游梁式抽油机专用高起动转矩斜槽电机的数学模型,并用有限元法及多截面有限元方法分别计算了饱和三相感应电机满载起动时的起动性能,将计算结果与实验值进行了比较,证明了两种方法在计算起动电流和起动转矩中的准确性.     

一维有限元与三维有限元耦合法在接地网特性分析中的应用

从三维有限元用于分析接地网特性出发,提出了将一维有限元与三维有限元耦合起来分析地网特性的新方法.应用三维有限元及一维有限元与三维有限元耦合法分别对某变电站接地网的接地电阻进行了计算.计算结果表明,该方法在保证计算精度的前提下减少了剖分后的单元数量、提高了计算速度,从而拓展了有限元法在大型接地网特性分析中的应用.     

汽轮发电机计及双因素非线性影响的功角特性

为研究磁路饱和与磁场畸变双因素非线对汽轮发电机功角特性的影响,利用有限元方法获得发电机的有功和无功功角曲线,揭示计及双因素非线性的电抗随功角变化的规律,然后将分运行区间的饱和电抗用于功角特性解析法计算。研究结果表明,汽轮发电机计及双因素非线性后,极限功角小于90°,极限功率下降,无功功率减小;随着功角的增大,直轴电抗先增大后减小,交轴电抗变化不大,两者差值可达到14%;与直接用有限元方法计算的功角特性进行对比,用分运行区间电抗的计算结果非常吻合,而用空载特性修正的饱和电抗的计算结果相差较大。研究结果可为同步发电机静态稳定极限的确定和暂态稳定的判断提供参考。     

Analysis and modeling of air-gap and zigzag leakage fluxes in a surface-mounted permanent-magnet Machine

In this paper the magnetic characteristics of surface-mounted permanent-magnet machines are analyzed and modeled. The air-gap and zigzag leakage fluxes are analytically expressed in terms of the magnetic material properties and the motor dimensions. Both factors are essential quantities for the accurate prediction of the flux distribution within the machine and of the machine torque. Therefore, they are desired for the purpose of machine design and optimization. In order to evaluate the validity of the proposed models, the finite-element method (FEM) analysis is used. The results show that the errors between the FEM results and analytical predictions are less than 7% for the nonsaturated tooth flux and less than 17% for the saturated case. Finally, the models are applied to a novel permanent-magnet machine design.     

基于有限元的汽轮发电机模型机设计研究

研究与300MW大型汽轮发电机同槽数的7.5kW模型机和300MW发电机的空载特性相似性。运用FEM(有限元)稳态计算程序计算模型机的空载特性,将计算数据与试验数据进行对比验证程序的可靠性。选定、转子铁心具有恒定高导磁率时所得空载线为反映气隙磁压降的实际气隙线,并以二者气隙线重合为基准对空载曲线作标么值处理,电压基值选各自电机额定端电压,电流基值选气隙线上各自达到额定电压时对应的励磁电流,从而在同一张图中对比两电机的实际饱和特性与气隙线的靠近程度。通过改变模型机转子导磁材料、气隙大小,得出结论:在允许范围内选用高导磁性材料、加大气隙可以改善模型机和300MW发电机的空载特性相似性。讨论了材料饱和程度与空载饱和特性相似性的关系。     

基于有限元法的多相同步发电机空载特性分析及额定励磁电流计算

针对多相同步发电机铁心的磁非线性和结构复杂性,采用非线性有限元法,建立了电机计算模型,对空载特性与额定励磁电流的计算进行了研究。以一台十二相同步发电机为例,在电磁场计算的基础上,对气隙磁场进行了谐波分析及空载特性计算,计算所得基波电势与实测结果吻合,表明此法可用于电机电磁场计算,能给电机设计提供理论依据。在此基础上通过内功率因数角等参数的迭代,计算得到了与额定工况相符的励磁电流,其方法有较高的实用性,可为一般同步发电机励磁电流计算提供参考。     

标准目标电磁散射特性研究

研究标准目标的电磁散射特性,为目标电磁散射特性的研究提供理论依据。围绕标准目标电磁散射特性理论研究方法和雷达散射截面（RCS）的概念,讨论了常用定标体金属导体球的雷达散射截面的理论计算方法,用有限元法（FEM）计算了导体球的NRCS值和相位。计算结果与已给出金属导体球的NRCS值和相位值比较吻合,验证了该方法的可行性。     

汽轮发电机饱和同步电抗的波动

本文以６００ＭＷ汽轮机电机为例,用有限元法计算了不同瞬时的饱和同步电抗,阐明了受饱和影响时同步电抗的波动情况。     

An accurate magnetic field analysis for estimating motor characteristics taking account of stress distribution in the magnetic core

This paper discusses an accurate magnetic field analysis that addresses stress distribution in the magnetic core by using the finite-element method (FEM) to estimate motor characteristics. This analysis method consists of the following steps: 1) measurement of the magnetic characteristics of electrical steel sheets in a state where stress is added; 2) calculation of deformation and stress distribution using structural analysis; 3) preprocessing of the magnetic field analysis, which generates the FEM mesh taking account of the deformation by stress and the changes of the magnetic properties in each of the core elements corresponding to stress distribution; and 4) magnetic field analysis using the data measured in step 1) and the FEM mesh generated in step 3). As an example, a result of a permanent magnet motor's cogging torque calculation is shown, focusing on stress in the stator core resulting from shrink fitting into the frame. As a result, the cogging torque waveform was shown to differ depending on the shape and the materials of the frame.     

基于曲梁理论的弧形钢闸门纵向主梁正应力计算

弧形钢闸门纵向主梁实为曲梁,其截面正应力仍沿用直梁理论进行计算。本文从曲梁挠曲线微分方程出发提出了一种基于曲梁理论的计算方法。通过对应力计算中结构特征系数公式的推导,提出了弧门箱形截面纵向主梁偏心距e的计算方法,分析了曲率对曲梁截面弯曲正应力分布的影响,并对曲梁理论和直梁理论计算结果进行详尽的误差分析。分别运用曲梁理论及直梁理论对工程实例进行计算,直梁理论相对有限元方法计算结果的误差达到14.23%,而曲梁理论相对有限元方法计算结果的误差仅为2.23%,可见基于曲梁理论的计算精度显著优于直梁理论,采用基于曲梁理论的计算方法更加安全可靠。本文方法可为相关工程设计提供参考和理论依据。