电磁装置场路耦合法分析与温度场计算

论文摘要

变压器直流偏磁现象对变压器的正常运行会产生不利的影响,诸如励磁电流畸变、高次谐波成分及其相应损耗的增加、铁心高度饱和引起的漏磁通的增加,以及由此引发的局部过热、绝缘损害、系统电压下降等一系列问题。目前对变压器中直流偏磁现象的机理研究和定量分析尚处于初步阶段,在变压器的设计过程中也没有完全考虑直流偏磁效应。隔爆电机的实际运行也是一个较为复杂的物理过程,工作时不可避免地要产生损耗,这些损耗最终绝大部分变成热量,引起电机各部分温度的升高,从而关系到电机的运行寿命和可靠性。随着电磁场理论知识的不断完善、传热学知识的不断成熟以及计算机技术的不断发展,采用方便快捷的方法准确的计算这些电磁装置的电磁场和温度场也势在必行。本文首先根据变压器直流偏磁的原理,利用双爱波斯坦方圈装置对在不同工作点、不同偏置水平条件下的铁心磁滞回线进行了深入的实验研究,测量了铁磁材料在实际偏磁时的交直流共同作用时的磁滞回线和损耗曲线。考虑铁磁材料的饱和特性,分别运用电路的方法和场路耦合法对变压器直流偏磁情况下的励磁电流进行了仿真计算,将两种仿真结果进行比较,得出了场路耦合模型的结果更具有工程实际意义。并以磁场计算结果为基础,通过编程计算变压器的空载损耗。利用场路耦合法对隔爆电机的电磁分布情况、电磁转矩和电流进行了仿真,以电压源为载荷,计算了三相隔爆异步电动机的运行性能,并且所得结果与设计结果相符,进一步验证了此方法的正确性,同时也得出了场路耦合法的普遍性和实用性。最后将传热学知识和有限元法与电机的实际性能结合起来,确定了电机内导热体的等效导热系数和各散热面的表面散热系数,用有限元分析软件对三相隔爆异步电动机进行了温度场分析,全面了解了电机内部各点的温度分布情况。这对于全面认识电机内部的温升情况,检验设计的电机的温升性能具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.1.1 直流偏磁现象及研究意义
• 1.1.2 防爆电机发展概况及研究意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 直流偏磁研究概况
• 1.2.2 电磁场研究现状
• 1.2.3 涡流场研究现状
• 1.2.4 温度场研究现状
• 1.2.5 耦合场研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和工作
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 第二章 变压器直流偏磁场路耦合分析
• 2.1 直流偏磁的原理
• 2.2 具有直流偏磁交流磁滞回线与损耗曲线的测量
• 2.2.1 双爱波斯坦方圈装置
• 2.2.2 测量原理
• 2.2.3 测量程序的使用
• 2.2.4 测量步骤与结果
• 2.3 利用电路模型进行仿真
• 2.4 场路耦合法建模求解
• 2.4.1 变压器场路耦合模型
• 2.4.2 求解过程
• 2.4.3 求解结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 隔爆电机场路耦合运动分析
• 3.1 有限元法基本原理
• 3.1.1 有限元法的概念
• 3.1.2 有限元法的求解步骤
• 3.2 场路耦合时步有限元法原理
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 运动边界的处理
• 3.3 实例求解与分析
• 3.3.1 电动机的物理模型
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 隔爆电机三维温度场分析
• 4.1 温度场的基本理论
• 4.1.1 传热学理论和热传递方式
• 4.1.2 温度场有限元分析的基本理论及边界条件
• 4.2 温度场相关系数的确定
• 4.2.1 导热系数
• 4.2.2 对流换热系数的确定
• 4.3 电机内部的功率损耗
• 4.4 求解实例与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢