转子导磁导电槽楔材料对汽轮发电机参数和转子表面损耗影响的研究

在电机定子或转子的槽楔上采用磁性槽楔材料,可以提高电机的效率。该文以150MW空冷汽轮发电机为例,提出了在发电机转子开口槽内嵌入一种高强度的导磁导电的Fe-Cu合金槽楔替代通常的铝合金或硬铝槽楔,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,基于时步有限元法计算了发电机转子采用铝合金槽楔和导磁导电槽楔时转子表面损耗,研究了采用两种不同材料时转子表面附加损耗分布和定子铁心铁耗数值的变化,对比了两种不同槽楔时发电机的饱和电抗值。转子采用导磁导电的Fe-Cu合金槽楔,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、短路比增加,发电机气隙内谐波含量降低。此外,采用Fe-Cu合金槽楔材料的强度要好于铝合金槽楔强度。     

转子磁路结构对汽轮发电机同步电抗的影响

针对大型汽轮发电机转子采用偏槽和小槽改变了发电机的磁路结构及正常运行时的磁场分布,进而引起发电机同步电抗等参数发生改变的问题,深入研究了偏槽和小槽结构对大型汽轮发电机同步电抗的影响。采用场的方法,分别分析了不同小槽结构和不同偏置结构对发电机内电磁场的影响,在此基础上,给出了同步电抗与偏置角度、小槽结构型式和偏置类型的关系。研究结果表明,偏槽结构对发电机不饱和同步电抗的影响很小,饱和同步电抗受不对称偏槽结构的影响很小;随着偏转角度的增加,对称偏槽结构使直轴和交轴饱和同步电抗减小。     

发电机用磁性槽楔对电磁参数与性能的影响

以一台1MW隐极同步发电机为例建立数学模型,通过理论计算与有限元软件分析该电机采用不同相对磁导率的磁性槽楔时,对发电机的电磁参数与电机性能的影响。结果表明装有磁性槽楔的电机要比非磁性槽楔的电机气隙系数减小,气隙磁密波形更平滑,输出电压波形质量更好,励磁电流降低,但短路比减小,以及磁导率越大磁性槽楔所受电磁力越大。综合确定磁性槽楔选用相对磁导率为5的更为合理。     

磁性槽楔对大型永磁风力发电机性能的影响

介绍了磁性槽楔的种类和特点,以及磁性槽楔在电机节能方面的原理和实际作用。通过建立金风62型（1.2MW）永磁直驱同步风力发电机的电磁场模型,使用导磁性能不同的槽楔进行实际计算和测试,结果表明：发电机使用导磁性能较好的磁楔（相对磁导率为3～10）后,不论不带负荷还是带负荷,电机的气隙磁密分布都会较不使用磁楔变得更加均匀,磁密脉动和铁耗减小,气隙系数减小,电机的温升降低,效率得到提高。但同时应考虑到今后应尽可能地增大槽楔的电阻率,以减少槽楔自身的损耗,为永磁风力发电机效率的提高和优化设计提供计算依据。     

磁性槽楔对高压异步电机参数与性能的影响

针对传统路法在定量分析磁性槽楔对电机性能影响时表现出的狭隘性特点,以一台1250k W、10000V的高压感应电动机为例,建立了场-路耦合的二维瞬态电磁场时步有限元模型,分别对定子槽楔为不同磁导率时电机内电磁场进行了计算,分析了不同磁导率的磁性槽楔对电机内气隙磁密、气隙系数、槽漏抗、径向电磁力等电磁特征量的演变规律。并以此为基础,探讨了槽楔为不同磁导率时对电机起动、运行性能的影响。计算结果表明,磁性槽楔可以有效改善气隙磁密的分布、减小谐波含量、降低表面损耗和减小径向电磁力;随着槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩、起动电流降低的较明显。最后,通过对槽楔相对磁导率为1的电机有限元计算结果与试验结果对比,验证了计算方法的合理性。     

磁性槽楔对高压感应电动机电磁参数和性能的影响

针对传统方法很难定量分析磁性槽楔对电机性能影响的缺点,提出采用场-路-运动耦合时步有限元分析磁性槽楔影响的方法.以一台使用磁性槽楔的710 kW的高压感应电机为例,通过建立二维瞬态场数学模型,准确计算了气隙磁密分布、槽漏抗及附加损耗等电磁量,并在此基础上,深入分析磁性槽楔相对磁导率的变化对电机电磁参数、相电流、转矩和径向电磁力等的影响.计算结果表明,磁性槽楔可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗和径向电磁力波.     

大型汽轮发电机转子温度场计算

以一台空冷汽轮发电机作为研究对象,根据传热学原理,通过建立转子绕组槽绝缘与槽楔的转子圆周1/4三维有限元模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件。根据气隙磁密的提取,计算出额定工况下转子表面杂散损耗,以转子绕组电阻损耗和表面杂散损耗作为热源,采用解析法计算得到转子通风沟表面散热系数,并以此为基础,将计算得到的各项损耗值及散热系数作为温度场求解条件,对汽轮发电机转子直线段部分三维温度场进行计算,得到了发电机额定负载运行时转子温度场分布。     

汽轮发电机的三阶模型和超-超瞬态电抗

用多个回路来模拟实心转子、槽楔和阻尼回路中的涡流,导出汽轮发电机三阶模型的运算电机和超一超瞬态电抗;并从电磁场数值计算所得的频率特性,确定三阶模型的各个电抗和时间常数;为三阶模型的工程应用和更精确地预计和计算汽轮发电机的瞬态和异步运行等动态问题打下基础。     

汽轮发电机稳态与负序工况下转子涡流损耗计算和温度场分析

以150MW空冷汽轮发电机为例,根据电磁和传热学理论,分别建立电磁场和温度场的二维数学模型。利用数值方法,计算了发电机在三相负载不对称时,负序电流(稳态负序)在转子上产生的涡流损耗以及由涡流损耗引起的温升。为了研究不同材料对转子各部分温升的影响,分别计算了槽楔为铝和铝青铜两种材料时在转子表面产生的涡流损耗和温升。同时计算了转子表面大齿区域没有槽楔时相应的涡流损耗和温升,与转子表面大齿区域有槽楔的情况相对比,得到一些有益的结论。     

采用新型磁性槽楔的永磁同步电机分析

针对磁性槽楔能够改善电机气隙磁导波形,减小气隙磁密谐波,削弱电机齿槽效应,从而减小电机损耗和转矩波动,提高电机效率的优异特性,提出一种新型的叠片式磁性槽楔。该结构能够进一步优化开口槽电机的气隙磁密波形,降低齿槽转矩,减小电机损耗,同时又不会影响电机定子槽漏抗。本文用解析法分析磁性槽楔磁导率对于气隙磁密谐波以及定子槽漏抗的影响,通过一台130kW的永磁同步电机模型,运用有限元仿真分析比较叠片式磁性槽楔与普通磁性槽楔的电气性能。     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

3Y/3Y变极电机的绕组设计和转子槽漏抗计算法

针对36槽4／6极3Y／3Y变极电机绕组三支路感应电动势不平衡的问题,基于分裂线圈法,给出了绕组排列的新方法,确定了线圈分裂比。考虑转子导条集肤效应和磁场不同分布,采用正弦时变有限元法和能量法计算了不同极数下起动时和不同负载时的转子槽漏抗。通过绕组的重新排列和线圈分裂比的恰当选取,绕组的利用率得到提高,转子槽漏抗随负载增大而减小,与传统方法和实测值相比,考虑各转子槽饱和与分布不均匀的转子槽漏抗计算方法更加合理。     

汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏磁参数与涡流损耗的分析计算

准确计算汽轮发电机失磁异步运行时转子端部漏抗和结构件中的涡流损耗是分析发电机异步运行性能的基础，文中采用A，φ-A三维有限元法建立了大型汽轮发电机异步运行工况下转子端部三维涡流场的数学模型，提出了用二维和三维磁场耦合的方法确定边界条件的新方法。利用磁场计算结果进一步研究了转子端部等效漏抗和涡流损耗的计算方法，最后以一台300MW汽轮发电机为例进行了实际计算，验证了所提方法的有效性。     

采用磁性槽楔的笼型感应电机电磁振动特性研究

针对笼型感应电机运行过程中产生电磁振动的问题,探讨磁性槽楔对电机电磁振动的影响。以一台笼型感应电机为例,对同一电机分别采用普通槽楔与磁性槽楔进行磁场、电磁力及电磁振动的计算分析。基于瞬态磁场结果,对电机采用两种槽楔的气隙磁场进行了分析和比较,并得到了两种情况下电机所受电磁力。以电磁力为载荷,研究了电机的电磁振动并给出了振动位移曲线。运用频谱分析的方法,从时域及频域特征量的角度,定量分析了磁性槽楔对电机电磁振动的影响,最后结合实验对理论分析结果进行验证。同时计算电磁振动的方法亦可为研究同类型电机的振动问题提供参考。     

闭口槽充水式高压潜水电机的设计

针对充水式高压潜水电机的特殊结构,研究其定转子特殊闭口槽形对电磁性能影响,给出相应槽形对应槽比漏磁导计算公式;利用辛普森法改进了转子磁路计算公式;在对非矩形转子槽分块与分层处理的基础上,推导了电机起动时集肤效应作用下每层电流的数值计算公式,通过直接计算导条的损耗与漏磁场能量得出转子电阻增大系数和转子漏抗减小系数;同时采用插值法拟合出电磁计算曲线公式,以提高电机计算的准确度,供参考。     

高速隐极同步发电机电磁振动分析及抑制

对高速隐极同步发电机气隙磁场以及径向电磁力波进行有限元仿真计算与分析,研究并总结了不同磁导率磁性槽楔和不同槽分度数对电机电磁激振力的影响规律,形成抑制该类电机电磁振动的优化方案。通过开展高速发电机机脚实测振动频率与电磁激振力波频谱对比研究,验证了径向电磁力波计算与分析的正确性。在此基础上,对优化方案下的电机电磁振动进行预估分析,转子齿谐波振动加速度级降低达13.5 d B,总振级降低4.6 d B,从而验证了优化方案的有效性,相关分析方法和优化措施为抑制该类发电机的电磁振动提供可靠的参考。