大型汽轮发电机端部绕组电动力三维有限元分析

论文摘要

大型汽轮发电机在运行过程中,端部绕组在端区强大的电磁环境中产生很大的电磁力。由这种电磁力引起的机械振动会导致绕组及引线的绝缘磨损和疲劳断裂破坏,引发安全事故。因此,对定子端部绕组所受电磁力进行研究,以便为工程实际提供更加合理的设计方案,具有非常重要的意义。有鉴于此,本文对上海汽轮发电机有限公司设计、制造的某600MW大型汽轮发电机端部绕组电动力进行了数值计算和分析,得出了具有一定工程指导意义的结论。论文的第一章首先综述了大型汽轮发电机端部绕组电磁力所产生的危害,在综合大量文献基础上介绍了现有计算端部绕组电磁力的典型方法。第二章建立了大型汽轮发电机定子端部电磁场和绕组电磁力数值分析的三维有限元模型和计算方法。第三章研究了应用ANSYS商用软件计算大型汽轮发电机端部三维电磁场和电磁力的原理和具体的实施过程。主要包括三维有限元单元剖分、电流加载和边界条件处理。第四、五章分别计算了600MW汽轮发电机在稳态运行工况和动态运行工况下定子端部电磁场和绕组所受电磁力空间、时间分布规律,并对计算结果进行了较为系统的分析,得出了具有一定工程指导意义的结论。最后,在第六章进行了全文研究总结和展望,提出了本课题尚需进一步解决的问题和今后努力的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作和研究内容
• 第二章 大型汽轮发电机定子端部绕组电磁力的数值分析模型
• 2.1 端部绕组电磁力分析的物理模型
• 2.2 三维有限元数学模型
• 2.2.1 三维有限元控制方程
• 2.2.2 边界条件
• 2.3 时谐电磁场的有限元离散方程
• 2.4 端部绕组电磁力分析的数学模型
• 2.4.1 汽轮发电机中的电磁力
• 2.4.2 端部绕组电磁力的分析和计算
• 2.4.3 麦克斯韦张力法计算端部绕组电磁力
• 2.4.4 虚位移法计算端部绕组电磁力
• 2.5 有限分析中单元场量与积分量的计算关系式
• 2.5.1 四面体单元
• 2.5.2 八节点六面体单元
• 2.6 不同故障工况下定子三相电流的分析和计算
• 2.6.1 三相负载突然短路时定子三相电流的分析和计算
• 2.6.2 突然两相短路时定子三相电流的分析和计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 ANSYS商用软件的实现
• 3.1 大型汽轮发电机定子端部三维实体模型
• 3.2 三维有限元剖分
• 3.3 定子绕组三相电流加载
• 3.4 边界条件的处理
• 3.5 端部绕组电磁力的计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 600MW汽轮发电机稳态运行工况下端部绕组电动力的数值计算
• 4.1 概述
• 4.2 负载运行下发电机的功率角
• 4.3 600MW汽轮发电机稳态运行工况下端部电动力的数值计算与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 600MW汽轮发电机动态运行工况下端部电磁力的数值分析
• 5.1 概述
• 5.2 600MW汽轮发电机突然三相负载短路条件下端部电磁力的数值分析和计算
• 5.3 600MW汽轮发电机突然两相短路条件下端部电磁力的数值分析和计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢