1150MW核能发电机定子端部绕组三维建模

介绍了1150MW核能发电机定子端部绕组结构的合理性对核能发电机的设计和安全运行有着重要意义。但由于定子绕组端部结构复杂,二维分析难以达到实际工程要求。通过计算机建立三维模型,可以精确地进行计算和仿真,于是提出了一种利用Pro/E对核能发电机定子端部绕组进行三维建模和参数化设计的方法。结果显示,这种方法实现了核能发电机定子绕组参数化设计,并且特别在渐开线过渡段结构和鼻端的连接上进行了更精确的处理,得到了更为合理的核能发电机端部绕组三维模型,整体上优于传统的设计方法,并为核能发电机端部三维电磁场、温度场、涡流场等分析与计算奠定了良好的基础。     

同步电机定子与气隙流场数值计算与分析

为了分析高速隐极同步电机定子通风系统内流体流动特点,建立包括定子端部及铁心的通风系统的三维流动数学模型和物理模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件Fluent对流体场控制方程进行求解计算.在额定负荷下,通过数值模拟得到定子通风系统内流体流动速度的分布特点,并着重分析了端部绕组、压指、压圈周围...     

基于ElecNet的汽轮发电机定子绕组端部结构建模及电场计算

了解汽轮发电机端部绕组的电场分布对汽轮发电机的设计和运行有重要意义.但由于定子绕组端部结构复杂,二维分析难以达到实际工程要求.通过计算机建立三维模型,可以精确地进行计算和仿真.利用Infolytiea公司的ElecNet软件的建摸功能,依据汽轮发电机定子绕组的几何特点和原理,给出建模方法,精确建立汽轮发电机定子绕组端部的三维模型,最后通过软件的电场计算功能,算出三维模型的电场分布.     

多相异步电机端部绕组电磁与结构耦合场分析

为了研究电磁力对定子端部绕组的影响,需要将电机运行环境中的电磁场和应力场进行耦合分析.本文通过Pro/E建立异步电机的三维模型,以异步电机定子端部绕组作为研究对象,通过有限元法对模型进行修改及电磁与结构顺序耦合的仿真计算,得到运行时电机端部绕组的应力和应变分布.仿真结果表明,此方法适用于电机的耦合场计算,对研究电机的三...     

四极汽轮发电机定子绕组端部固定结构振动模态研究

以四极汽轮发电机定子绕组端部固定结构为研究对象,利用有限元分析技术,对定子绕组端部固定结构的整体模态进行了计算分析,同时结合模态试验对计算结果进行验证。结果证明发电机定子绕组端部固定结构的设计是合理的。     

汽轮发电机稳定运行时定子端部绕组的应力分析

针对汽轮发电机定子端部绕组电磁振动的问题,以稳定运行状态时发电机定子端部绕组为对象,采用三维有限元法对端部绕组应力分布进行了理论研究。首先根据端部绕组的真实结构建立定子端部绕组的三维模型。然后,在圆柱坐标系下分析当A相绕组中的电流最大时,其上下层线棒所受电磁力密度分布,并且根据矢量微分控制方程以及相应的边界条件,分析了定子端部绕组电磁场的分布情况,最后,得到了端部绕组中出现最大应力的位置以及最大变形幅值,这为发电机定子端部绕组结构设计和维护提供相应依据。     

大型汽轮发电机定子绕组三维模型建立及模态分析

本文针对大型汽轮发电机定子的结构复杂性,在定子端部渐开线三维模型建立的基础上,通过Pro/E建立汽轮机定子绕组模型,包括渐开线端部绕组模型、定子绕组直线段以及压板等结构的建立和装配。并且通过Pro/E与ANSYS良好连接性,把建立的模型导入ANSYS中,进行了上层线棒和定子线棒整体装配结构的模态分析,为之后进行端部绕组及定子绕组的电磁振动等研究提供依据。     

小型异步电机模态计算与试验分析

以一台1.1k W小型异步电机为样机,采用锤击法进行模态试验,试验对象分别为不带绕组的定子,带有未浸漆绕组的定子,带有浸漆绕组的定子,带有去掉端部绕组的定子以及整机,同时保证所有试验模型的定子均为同一个定子。利用锤击模态试验测得的加速度频响函数的幅值和相位对定子径向二阶固有频率进行了判定。基于试验结果分析了绕组浸漆前后定子固有频率的变化以及端部绕组对定子固有频率的影响。用数值法分别计算了不带绕组定子及去掉端部绕组定子的模态;同时建立了试验样机的三维全域有限元计算模型,并且在转子和轴承连接处施加了约束条件,充分考虑了转子对电机模态的影响,计算与试验结果进行了比较。最后讨论了转子、端盖和机壳对电机定子模态的作用。     

基于三维有限元的大型充水式潜水电机端部涡流损耗

计算潜水电机端部漏磁场在端部构件中产生的涡流损耗是准确计算潜水电机端部温升的前提,也是潜水电机安全运行的关键问题之一。本文针对单层同心式双平面2 800kW充水式潜水电机,对端部涡流损耗进行了研究。采用三维有限元方法建立大型充水式潜水电机端部磁场的数学模型,选定定子绕组、压圈等端部导电构件为涡流区域,冷却水和非导电材料所在区域为非涡流区域,为考虑机壳和端盖的涡流效应,对机壳和端盖面施加阻抗边界条件。在此基础上,建立涡流损耗数学模型,采用有限元方法计算定子端部铁心、定子压圈、定子端部绕组等构件的涡流损耗分布,分析端部结构参数对涡流损耗的影响。所得结论,可为工程实际问题的解决提供一定的帮助,并对端部绕组结构的优化设计和提高电机运行可靠性等方面提供参考。     

基于电磁场数值计算的变频供电感应电机耦合电容与轴电压的分析

PWM变频供电驱动电机系统共模电压在电机耦合电容作用下会在轴承上产生轴电压和轴电流,影响电机的安全运行。对电机耦合电容的准确计算有助于合理预测轴电压的大小。本文在分析驱动系统共模模型基础上,建立了电机耦合电容计算的有限元分析模型,求得电容参数。比较了二维和三维有限元下电容计算结果,指出绕组端部对定子绕组与转子间耦合电容Cwr有较大的影响,计及端部时得到的电容Cwr更接近实测结果。采用定子绕组电磁散线计算模型可以大大提高定子绕组与铁心间电容Cwf计算精度。在不同电机端部结构参数下进行分析计算,发现定子绕组端部伸直部分长度和鼠笼端环的轴向长度是影响电容Cwr的两个主要参数。对变频供电下的感应电动机进行三维瞬态电场有限元分析,表明轴电压为共模电压的镜像,证明了电容分析模型是有效的。     

大型异步电动机定子振动与模态分析

预测电机的振动和噪声需准确计算电机定子结构的固有频率及定子的响应特性。文中利用3D有限元软件研究了定子模态和固有频率，分析了定子叠片结构、绕组对大型异步电机定子固有频率和振动模态的影响；用有限元分析和实验测量确定正交各向异性叠片结构和绕组的材料属性，并与实测结果进行了比较。研究表明，对于大型异步电机，定子绕组对固有频率影响很大，其弹性模量远低于实体铜，有效部分绕组和端部绕组不能简单地以附加质量形式计算固有频率；端部绕组质量和刚度对固有频率的影响大体相互抵消，所以端部绕组对固有频率的影响相对很小。     

全封闭大功率永磁牵引电机的温度场数值计算

为研究全封闭大功率永磁牵引电机额定工况下的稳态温度场,以一台额定功率为815 kW的永磁同步牵引电机为研究对象,依据成型绕组槽部导热模型,建立了整机三维温度场共轭传热计算模型。考虑旋转磁化、冲压过程和磁密高阶谐波对定子铁耗的影响,以及水套-定子铁心间接触热阻抗对电机温升的影响,采用Fluent软件对电机额定工况下的稳态流场与温度场求解,使用电阻法和埋置检温计法（ETD）测得电机在额定工况下绕组的平均温升、铁心测点和绕组端部测点局部温升,绝对误差分别为-3.7 K、-0.3 K和7.6 K。进一步分析了电机水路和内风路流场分布特性、水套-定子铁心间接触间隙对绕组平均温升的影响以及槽内绕组附近的温升分布情况,最后提出了该类电机冷却系统设计优化方向。     

特殊绕组结构的空冷汽轮发电机定子三维温度场计算与分析

对于具有特殊股线结构的大型空冷汽轮发电机温度场计算具有一定的难度。文中推导了大型空冷汽轮发电机定子上、下层线棒的股线数和截面不等时绕组涡流损耗的表达式,求解出发电机额定运行时定子股线沿径向分布的菲尔德系数;建立了定子径向通风沟内二维流体场的物理模型和数学模型,采用有限体积法对其进行了数值计算;建立定子三维温度场的物理模型和数学模型。以1台大型空冷汽轮发电机为例,在先前推导的基础上,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律。将计算结果与实测结果进行比较,得出了一些有益的结论。     

变频电动机耦合电容分析与计算研究

脉宽调制(PWM)变频驱动器在提高交流传动系统效率的同时,产生的高次谐波导致共模电流显著增加。其中电动机定子绕组与定子铁心之间的耦合电容是共模电流的主要通路。准确计算定子绕组与定子铁心之间的耦合电容对于预测共模电流具有重要意义。由于电机绕组内部导线排列不规则,准确进行解析计算较为困难,将其简化为集中导体后,会导致计算精度变差。在绕组全散线模型的基础上,提出了一种简化散线建模方法,能在计算精度不变的情况下,有效地减小模型的复杂度。通过对比解析计算、全散线模型、简化散线模型和测量值,验证了该方法的有效性。     

定子通风槽钢对中型高压电机内温度场的影响

该研究以一台YKK450-4、500 k W中型高压异步电动机为例,结合电机的结构尺寸,建立了高压异步电机三维定转子径向通风沟以及与之相邻铁心段的流体与固体耦合数学模型和物理模型;基于流体力学和传热学的理论知识,给出假设条件和边界条件,进行仿真计算,分析了计算区域的温度场;最后在定子通风槽钢长度不变的基础上,改变定子通风槽钢近轴端的径向位置,对通风沟进行重新建模,得到定子通风槽钢近轴端的径向位置对电机内温度场的影响。计算结果表明,通风槽钢的径向位置影响定子绕组的冷却效果。研究结果为提高电机的散热性能,对电机进行通风结构的优化设计提供了理论依据。     

铜转子三相异步电动机温度场流场耦合分析

研发了一台应用在石油顶驱钻井设备的强迫风冷铜转子三相异步电机,首创了无机座设计、定子铁心轭部开通风孔、定子绕组端部环氧树脂密封、采用焊接铜条鼠笼转子等关键技术,满足了电机在频繁起停、过载、盐雾等工况下,对电机温升的苛刻要求。建立了温度场流场流固耦合模型,分析了电机额定负载工况下的各零件稳态温度分布以及瞬态温度随时间变化趋势。仿真计算和温升试验结果表明,沿电机的轴线方向,中后段位置温度较高,没有局部过热点。试验验证了建立的温度场流场耦合模型和仿真结果的合理性,温升满足电机H级要求。在耦合模型的基础上,分析了风道入口压力和定子铁心通风孔径变化对电机温升的影响,为改进电机冷却结构提供理论基础。     

Winding Method to Reduce Vibration and Loss Caused by Fractional Slot of Synchronous Machine

Fractional‐slot windings are widely used in rotating machines in order to improve the output voltage waveform, increase the design flexibility, and gain many other advantages. However, fractional‐slot windings are known to produce different harmonic components such as an even order and/or fractional number of space flux harmonics compared to integral‐slot windings. These harmonics may increase stray losses and cause stator core vibration. This paper describes an analysis of space flux harmonics and proposes new winding methods such as “novel interspersed windings” to reduce these harmonic components. The proposed winding methods were verified by numerical analysis and model tests.     

零机械能输出感应电机

传统电机是机-电能量转换,损耗与温升是电机设计时需要削弱和避免的问题。该文从传统电机损耗与温升出发,提出了用于加热的零机械能输出感应电机。利用绕组所产生的径向磁场在实心结构的定子和转子铁心中感应产生涡流,将输入的电能全部转化为热能,具有定子、转子双边加热的特点。其独特的双边加热效果可解决挤塑类设备旋转螺杆加热瓶颈问题。建立了系统等效模型,给出了电磁功率解析表达式,采用有限元法分析了系统涡流分布与铁心端部效应。对样机进行加热实验,结果证明该种电机与传统线圈缠绕式电磁加热相比,具有节能高效、预热时间短、径向温差小等优点。     

大型空冷汽轮发电机端部磁场数值计算

针对空冷汽轮发电机端部磁场计算中存在的问题，采用 三维有限元法建立了大型汽轮发电机端部三维涡流场的数学模型，模型充分考虑了定、转子铁心的端部效应和定子齿压指、压板、磁屏蔽、压圈等端部结构件和定、转子端部线圈的实际几何形状以及材料性质的影响。提出用二维磁场和三维磁场耦合求解的方法确定边界条件，该方法既能够保证计算精度又减少了求解区域，节省了计算时间；并给出了定子绕组端部渐开线模型的网格生成方法，利用该方法能准确模拟电机端部绕组的实际情况；以1台QF-150-2型空冷汽轮发电机为例，计算了计及涡流时汽轮发电机空载、满载端部电磁场，给出了电机端部结构件中磁场的分布和一些有价值的结论，计算结果验证了方法的有效性。     

TBB-1000型核能汽轮发电机定子绕组端部引线固定改造

分析了田湾核电站TBB-1000型核能汽轮发电机定子绕组端部固定情况,指出定子绕组端部引线部位固定较薄弱,并采用在端部引线及相邻绝缘引水盒部位用环氧树脂复合材料加固的方法进行了改造。通过分析定子绕组端部引线部位改造前后固有振动频率变化情况,说明此方法对大型汽轮发电机端部固定方式改造具有一定的参考意义。