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能量变换器的磁路计算与运行特性分析

作　者: 林鹏
导　师: 戈宝军
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 能量变换器磁路计算运行特性交叉磁化电抗
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
引　用: 1次
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内容摘要

能量变换器是一种新型的高压发电机,其定子采用多层同心式电缆作绕组,转子则与常规电机基本相同。新型绕组的采用,使其额定电压可以超出传统电机数倍以上,但电压的提升同时也导致了电机结构与性能的改变,这将对能量变换器的设计与分析提出新的要求。本文以一台162.5kVA/5kV的能量变换器样机为研究对象,对其设计与性能上的相关问题进行了研究。首先,本文对定子槽型及其引起的磁路计算问题进行了分析,描述了定子齿部饱和特征,推导了能量变换器的齿宽计算公式,并通过与有限元计算结果对比,给出了齿部磁势的近似计算方法。同时对磁路计算时气隙系数随磁路饱和的变化规律进行了分析。其次,对准确计算稳态运行点运行参数所涉及的问题进行了探讨。从磁场计算,电势计算,迭代计算三方面入手进行了分析,给出了磁导率的修正方法,磁密法或绕组磁链法计算电势的具体过程,以及稳态运行点磁场计算的迭代步骤。然后,采用了适应能量变换器复杂槽形结构的电势计算方法,通过有限元法计算了能量变换器特殊结构下的几个重要的稳态运行特性,给出了能量变换器空载特性、短路特性、功角特性与V形特性的计算方法,并对这些运行特性的详细计算结果进行了分析。最后,在引入了计及交叉磁化现象的电抗计算模型的基础上,计算了能量变换器功角特性和V形特性各稳态运行点所对应电抗的连续变化规律,为能量变换器在这些运行状态下的分析提供了理论依据。本文所作的工作可为能量变换器的设计与性能的研究提供参考依据,文中所给出的有关磁路和运行特性的计算方法,以及所算得的电抗与磁路参数的变化规律对其他电机的设计计算与性能分析同样具有重要的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-19
  1.1 本课题的背景及研究意义  12-16
    1.1.1 能量变换器产生背景及研究意义  12-13
    1.1.2 能量变换器的国内外研究现状  13-15
    1.1.3 本课题的研究意义  15-16
  1.2 本课研究方法及主要内容  16-19
    1.2.1 计算电磁学及其发展现状  16-17
    1.2.2 电机电磁参数计算的发展现状  17-18
    1.2.3 本课题的主要研究内容  18-19
第2章能量变换器齿部磁势与气隙系数计算  19-33
  2.1 引言  19
  2.2 齿部宽度公式与磁场分布  19-22
    2.2.1 齿宽公式推导  19-21
    2.2.2 齿宽曲线与齿部磁场分布  21-22
  2.3 齿部磁势的分段近似计算  22-24
    2.3.1 阻尼齿齿磁势计算法  22-23
    2.3.2 齿磁势近似计算结果  23-24
  2.4 齿部磁场的有限元计算  24-28
    2.4.1 模型与边界条件  24-25
    2.4.2 齿部磁密与场强分布的计算结果  25-26
    2.4.3 AZ 加载计算的特殊说明  26-27
    2.4.4 齿中线磁场分布的计算结果  27-28
  2.5 齿部磁场与齿部磁势计算结果的比较  28-29
    2.5.1 磁密与场强计算结果的比较  28-29
    2.5.2 磁势计算结果的比较  29
  2.6 空载气隙系数的计算  29-32
    2.6.1 气隙系数的分析方法  29
    2.6.2 气隙系数随空载励磁电流的变化规律  29-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章稳态运行点的准确计算  33-48
  3.1 引言  33
  3.2 磁场的准确计算  33-36
    3.2.1 铁心材料磁导率修正  33-36
    3.2.2 磁场计算方式的选择  36
  3.3 磁链与电势的准确计算  36-44
    3.3.1 单极模型下电势的计算方法  36-38
    3.3.2 磁密法计算电势的关键问题  38-40
    3.3.3 磁链法计算电势的关键问题  40-44
    3.3.4 不同方法电势计算结果的比较  44
  3.4 迭代与收敛  44-47
    3.4.1 给定载荷时的非线性磁场计算与迭代  44-45
    3.4.2 给定运行条件时的磁场计算与迭代  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章稳态运行特性计算  48-60
  4.1 引言  48
  4.2 求解域数学模型与变量参考方向  48-49
  4.3 空载特性计算  49-50
  4.4 短路特性计算  50-52
    4.4.1 短路特性计算原理  50-51
    4.4.2 短路特性计算步骤  51
    4.4.3 短路特性计算结果  51-52
  4.5 功角特性计算  52-55
    4.5.1 一元迭代与功角特性计算  52-54
    4.5.2 功角特性计算结果  54-55
  4.6 V 形特性计算  55-59
    4.6.1 二元迭代与V 形特性计算  55-56
    4.6.2 V 形特性计算结果  56-59
  4.7 本章小结  59-60
第5章运行特性饱和电抗计算  60-80
  5.1 引言  60
  5.2 电抗的计算方法  60-65
    5.2.1 基于电势法的电抗计算  60-63
    5.2.2 基于磁链法的电抗计算  63-65
  5.3 功角特性电抗计算结果与分析  65-72
    5.3.1 额定励磁时的磁场分布  65-67
    5.3.2 额定励磁时的定子载荷与合成磁势变化  67-68
    5.3.3 额定励磁时的电抗变化与分析  68-69
    5.3.4 不同励磁时的电抗变化与分析  69-72
  5.4 V 形特性电抗计算结果与分析  72-79
    5.4.1 额定功率时的磁场分布  72-74
    5.4.2 额定功率时的定子载荷与合成磁势变化  74-75
    5.4.3 额定功率时的电抗变化与分析  75-76
    5.4.4 不同功率时的电抗变化与分析  76-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87-88
致谢  88

能量变换器的磁路计算与运行特性分析

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