汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的时步有限元分析

为了研究阻尼绕组和磁场饱和对汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的影响,分别采用经典派克(Park)方程模型与时步有限元(time-stepping finite element method,T-SFEM)模型,对发电机不同工况下发生的小扰动进行仿真计算。在此基础上,结合小信号分析法与普罗尼(Prony)方法,对比分析了不同模型下发电机小扰动过程的动态特性以及系统静态稳定性等相关问题。结果表明,在不考虑阻尼绕组与磁场饱和的情况下,2种模型所得的小扰动特性基本一致,而当计及阻尼绕组或磁场饱和作用时则差别显著;采用派克方程模型计算所得的静态稳定极限功角比时步有限元模型的计算结果偏大。研究结果为系统仿真分析提供了合理参考。     

基于时步有限元的抽水蓄能电机瞬态参数计算方法的对比

为准确计算抽水蓄能电机分别运行于发电及电动工况时的瞬态参数,本文基于单元电机建立了抽水蓄能电机的场路耦合时步有限元模型。采用包络线法得到空载突然三相短路时电机的瞬态参数(简称包络线法),同时用冻结磁导率法得到空载突然三相短路时定转子绕组漏抗及电枢反应电抗,由各瞬态参数定义式得到瞬态参数(简称冻结磁导率法)。将冻结磁导率法计算值与设计值分别代入短路电流解析式中得到短路电流波形,与时步有限元仿真波形相比,冻结磁导率法计算波形与之更为接近。将这两种瞬态参数计算方法应用于实验室6极反装水轮发电机,与实验结果对比验证了两种计算方法的有效性和可行性。     

基于Maxwell的600MW汽轮发电机励磁电流有限元计算

在有限元软件Maxwell中,建立起600 MW汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,分别计算了空载和额定负载下的励磁电流。在计算额定负载励磁电流时,采用场路耦合的方法,即用外电路的方式来模拟额定负载工况,并且将二维模型无法考虑的端部问题简化成电路模型加载在外电路中。不仅避免了额定功率因数迭代,还更加接近发电机的实际运行状况,获得较高的计算精度。     

基于有限元法的大型核电汽轮发电机励磁电流计算

励磁电流是发电机的主要运行数据之一,对于大容量核电汽轮发电机来说,准确的励磁电流计算对其安全可靠运行以及二次设备选型均至关重要。基于商用有限元软件Ansys,对大型核电汽轮发电机的励磁电流分析方法进行了研究,重点对负载励磁电流的计算原理及循环控制策略进行分析,形成了通用性的循环迭代方法。通过百万千瓦级核电汽轮发电机的试验数据,验证了该研究方法合理、有效,计算结果准确度高。     

无刷同步发电机用交流励磁机的仿真分析

采用场路耦合时步有限元法对一台无刷同步发电机用交流励磁机进行瞬态仿真。通过对电磁场原理的仿真计算,制造样机,并进行试验,得到的结果与计算值基本吻合,从而证明了仿真方法和结果的正确性与有效性。     

中小型电机定子侧结构件对损耗影响的时步有限元分析及降耗措施

为研究定子侧扣片槽、扣片、压圈以及机座4种结构件对电机损耗的影响,建立了计及上述结构件的交流电机时步有限元完整计算模型,并针对铸铝机座模型,利用稳态有限元与截断法确定其人工外边界。利用所建立模型系统研究了以下内容：1）扣片槽对不同极数电机损耗的影响程度;2）不同电阻率材料的扣片和压圈对电机损耗的影响;3）铸铁、铸铝及铸钢机座对电机损耗的影响。进一步针对定子侧结构件提出了相应降耗措施,并以一台Y132S．4、5．5kW异步电机为例,对比计算其采取降耗措施后的损耗变化情况,结果显示,采用降耗措施后空载损耗降低约16w,约占额定输出功率的0．3％。研究成果可为超高效电机研制过程中如何降低定子侧结构件中的损耗提供理论与技术支持。     

核电半速汽轮发电机机网动态分析建模及仿真应用

基于1250MW核电半速汽轮发电机单机无穷大等值系统,建立了机网动态分析的场–路–机–网耦合时步有限元仿真模型。采用建立的模型对1250MW核电半速汽轮发电机误同期并网工况进行了仿真,获得了机组电气量、机械量及电机内电磁量的变化规律,仿真结果表明建立的模型正确,为电机优化设计及机组安全稳定运行提供了理论参考。     

基于时步有限元的同步发电机三相突然短路仿真分析

基于时步有限元方法分析发电机瞬态过程,对于改进系统稳定分析中发电机模型具有重要意义。本文采用场-路耦合时步有限元方法建立了同步发电机的动态仿真模型,针对实验室的一台7.5kW非线性发电机模型机三相突然短路进行仿真及实验对比研究。用Prony方法对瞬态电流的仿真及实测结果进行分解,得到交直流分量,通过对比分析验证了该动态仿真模型的正确性,并辨识出时间常数Ta和Td′。进而对不同励磁电流下负载突然短路进行仿真,得到不同响应的变化趋势。     

与△/Y0变压器相联的同步发电机暂态运行时步有限元仿真

结合时步有限元方法,设计了一个通过△/Y0变压器与无穷大系统及负荷相连接的同步发电机暂态运行过程的仿真程序.在该仿真程序中的发电机模型中考虑了铁心的饱和、转速的变化以及自动电压调节系统(AVR)的调节等对仿真结果的影响,并应用了麦克斯韦应力法计算电磁力矩.在仿真计算中,通过改变仿真程序中相应的参数来模拟不同线路上开关的断开、闭合过程,能方便地对同步发电机受到多种三相对称干扰后的运行过程进行有限元数字仿真.算例计算结果表明了该仿真程序的正确性.     

单相三柱压轭变压器磁场仿真与励磁电流计算

基于场路耦合有限元法对一台单相三柱压轭变压器空载性能进行了三维瞬态电磁场仿真研究,计算了变压器铁心磁通密度和绕组空载励磁电流波形,验证了仿真方法的正确性。     

双闭环永磁同步电机控制系统时步有限元法的研究与应用

近年来，随着永磁同步电机越来越多的用于伺服控制系统当中，对这类电机的动态性能的研究就显得尤为重要。传统的永磁同步电机动态分析是建立在集中参数数学模型的基础上，由于集中参数本身特别是电感参数是随电机运行而变化的，这就给仿真结果带来一定的误差；同时这种模型也无法计及电机铁磁材料的饱和效应、铁心与永磁体中的涡流效应、电枢反应以及定转子槽之间的相互移动等因素对电机动态性能的影响。而电机场路耦合有限元模型可以很好的克服传统模型的不足。本文给出了完整的永磁同步电机场路耦合有限元模型的建立过程，同时将该模型与控制策略相结合，通过对双闭环永磁同步电机控制系统实例计算分析，验证了本文工作的正确性。     

基于时步有限元法的永磁无刷直流电机特性仿真

采用时步有限元法对永磁无刷直流电机进行建模并进行仿真。由于在仿真计算过程中考虑到了铁心饱和、电枢反应、涡流、转子位置以及非正弦供电带来的谐波影响等传统方法不能充分考虑的问题，使得仿真结果与实际计算结果非常吻合，从而验证了时步有限元法在电机特性仿真中更具有优越性。     

基于时步有限元法的永磁无刷直流电机特性仿真

采用时步有限元法对永磁无刷直流电机进行建模并进行仿真.由于在仿真计算过程中考虑到了铁心饱和、电枢反应、涡流、转子位置以及非正弦供电带来的谐波影响等传统方法不能充分考虑的问题,使得仿真结果与实际计算结果非常吻合,从而验证了时步有限元法在电机特性仿真中更具有优越性.     

永磁电机有限元时步法的研究与应用

对有限元时步法在永磁电机中的应用进行了研究,阐述了基于二维场路耦合时步法的永磁电机模型。采用一台具有特殊转子磁路结构的永磁电机进行了仿真分析,结合试验结果证明了该模型的正确性并指出利用永磁电机的有限元模型结合控制策略是现代电机及其控制系统仿真的方向。     

基于时步有限元分析的超高效电机定子槽形优化设计

在我国,中小型电机的定子槽形通常为梨形槽,且不同机座号的槽形尺寸己沿用了数十年。为研究有利于降低电机损耗的定子槽形尺寸,建立了基于时步有限元法的损耗计算模型,以一台5．5kW异步电机为例,分析了槽口宽度、槽口高度、槽肩角、槽宽、槽高及槽半径等6个槽形尺寸对损耗的影响程度。结果表明,槽口宽度、槽宽和槽底半径对损耗影响较大。在槽满率基本不变,且确保电机原有起动性能的前提下,提出了基于时步有限元法的定子槽形优化设计方法,利用该方法对上述5．5kW电机定子槽进行改进设计。经改进后,电机空载损耗降低了约7％,满载损耗降低了约2％。     

基于有限元法的无刷交流励磁机空载特性分析及额定励磁电流计算

针对无刷交流励磁机铁心结构的复杂性和铁磁材料饱和特性的影响,采用非线性有限元法,利用有限元软件Maxwell,建立无刷交流励磁机的二维模型,对空载特性及额定励磁电流进行研究分析。以1台28 kW无刷交流励磁机为例,对电机气隙磁场仿真分析并求取空载特性。计算所得的基波电势与实测结果相符,为此类电机电磁场的设计提供理论依据。在此基础上通过场路耦合的方法,用外电路来模拟额定负载工况,计算出额定工况下的励磁电流。该方法具有实用性,可为一般的交流励磁机励磁电流计算提供参考。     

异步电机时步有限元模型在ANSYS中的实施

提出一种异步电机场路耦合二维时步有限元方法,其铁心饱和以及集肤效应直接在场中计及。电路方程用于描述定子绕组连接及转子导条和端环连接,电压源可以是任意电压波形。端环等三维端部效应可通过传统方法加以考虑。使用耦合与约束方程处理转子转动时,不须重新对转子进行刨分。试验结果证明了该方法的有效性。     

异步电机时步有限元模型在ANSYS中的实施

提出一种异步电机场路耦合二维时步有限元方法，其铁心饱和以及集肤效应直接在场中计及。电路方程用于描述定子绕组连接及转子导条和端环连接，电脏源可以是任意电压波形。端环等三维端部效应可通过传统方法加以考虑。使用耦合与约束方程处理转子转动时，不须重新对转子进行刨分。试验结果证明了该方法的有效性。