目录
摘 要 .............................................................................................. I ABSTRACT................................................................................... III 第一章 绪 论 .. (1)
1.1 背景及意义 (1)
1.2 发电机励磁电流的研究现状 (1)
1.2.1 励磁电流计算方法的研究 (1)
1.2.2 励磁电流影响因素的研究 (4)
1.3 研究目的及研究内容 (5)
1.3.1 研究目的 (5)
1.3.2 研究对象 (6)
1.3.3 研究内容 (6)
第二章 汽轮发电机的结构原理及励磁电流计算方法 (8)
2.1 汽轮发电机的结构及工作原理 (8)
2.1.1 汽轮发电机的结构 (8)
2.1.2 汽轮发电机的工作原理 (12)
2.2 公式法计算汽轮发电机励磁电流 (13)
2.2.1 公式法 (13)
2.2.2 公式法的计算模型 (14)
2.2.3 公式法计算发电机空载励磁电流原理 (14)
2.2.4 公式法计算发电机满载励磁电流原理 (15)
2.3 试验推算法计算汽轮发电机励磁电流 (18)
2.3.1 试验推算法所需原始数据 (18)
2.3.2 试验推算法步骤 (18)
2.4 数值法计算汽轮发电机励磁电流 (19)
2.4.1 有限元法计算发电机空载励磁电流 (19)
2.4.2 有限元法计算发电机满载励磁电流 (20)
2.5 总结 (21)
第三章 基于公式法计算大型汽轮发电机励磁电流电磁设计程序的开发 (23)
3.1 引言 (23)
3.2 公式法计算励磁电流通用程序开发 (23)
V
3.2.1 理论分析与计算 (23)
3.2.2 程序编写 (33)
3.3 公式法计算励磁电流的可视化界面设计 (33)
3.4 实例验证 (35)
3.5 总结 (36)
第四章 基于ANSOFT大型汽轮发电机的励磁电流计算 (37)
4.1 电磁场数值计算与有限元软件Ansoft介绍 (37)
4.1.1 二维有限元理论 (37)
4.1.2 Maxwell2D 静磁场分析理论 (38)
4.1.3 Maxwell2D 瞬态场理论分析 (38)
4.1.4 利用有限元计算空载励磁电流 (39)
4.1.5 利用有限元计算满载励磁电流 (41)
4.2 实例计算 (44)
4.2.1 电机模型 (44)
4.2.2 空载磁场分析 (44)
4.3 利用有限元计算发电机满载励磁电流 (47)
4.3.1 基本假设 (47)
4.3.2 建立有限元模型的具体过程如下 (47)
4.4 利用公式法和基于Ansoft的有限元法对不同机型汽轮发电机的计算及结果
分析 (52)
4.4.1 公式法、数值法与试验值对比分析的意义 (52)
4.4.2 计算上海百万千瓦级火电两级汽轮发电机励磁电流 (52)
4.4.3 计算上海电气1100MW级核电四极汽轮发电机励磁电流 (54)
4.4.4 为上海电气1800MW级核电四极汽轮发电机方案的励磁电流提供设计
指导 (55)
4.5 总结 (56)
第五章 大型汽轮发电机励磁电流影响因素的分析 (58)
5.1 定子槽形对汽轮发电机励磁电流的影响 (58)
5.1.1 磁场分布 (59)
5.1.2 不同定子槽形对励磁电流和其他性能的影响 (59)
5.2 磁性槽楔对汽轮发电机励磁电流的影响 (60)
5.3 转子铁芯硅钢片材料对汽轮发电机励磁电流的影响 (63)
VI
5.4 总结 (65)
第六章 总结与展望 (66)
6.1 主要工作与创新点 (66)
6.2 展望 (67)
参 考 文 献 (68)
附录 (72)
致 谢 (82)
攻读硕士学位期间取得的研究成果 (83)
VII
VIII
第一章绪论
1.1背景及意义
二十世纪50年代以来，电机技术得到迅速发展，汽轮发电机单机容量不断提高。近年来，我国汽轮发电机制造转变为以300MW、600MW容量为主，截止2009年，我国单机容量300MW以上的火电机组比重达到64%[1-3]，现在百万千瓦级核电、火电汽轮发电机也已开始投入商业运行[4]。发电机容量的增加将使发电机电磁负荷大幅度提高，从而导致定子转子铁心中磁路饱和[5,6]，传统的平均磁路法很难准确分析磁路饱和效应，进而导致励磁电流计算产生较大偏差。
额定励磁电流不仅在汽轮发电机的设计中是一个重要的参数，同时也是汽轮发电机运行时的重要参数，它关系到电网调度人员对励磁控制策略的制定。因此，研究更加准确的励磁电流计算方法对于大容量汽轮发电机开发至关重要。电磁场数值计算方法是解决复杂结构、高磁路饱和模型的有效途径。目前，应用最为广泛的电磁场数值计算方法是有限元方法[7,8]。
Ansoft Maxwell 是世界知名的商用电磁场有限元分析软件，其不仅可以对高频电磁场进行仿真，而且还可以应用于低频电磁场的仿真，尤其在电机电磁场计算领域得到了广泛的应用[9]。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将电机中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，保证了计算的准确性。除此之外，Ansoft不仅可以对单个电磁机构进行数值计算，还可以对整个系统进行联合仿真。Ansoft 作为一款有效的电磁场分析软件，在电机电磁场分析领域得到了电磁设计人员的认可和广泛使用。利用Ansoft软件采用以场分析为目的的数值计算方法，不仅可以获得励磁电流，还能清楚地了解局部位置上的磁密，这就能为发电机的优化设计提供科学依据。
由于励磁电流关系到励磁系统的设计和励磁控制策略的制定，是决定电力系统稳定性和预防电网停电事故的重要因素[10]。因此研究励磁电流的计算对我国大型汽轮发电机的研究设计和对电力系统的静态、动态稳定性都有极其重要意义。
1.2发电机励磁电流的研究现状
1.2.1励磁电流计算方法的研究
随着汽轮发电机单机容量的增加，汽轮发电机对电网的安全运行及稳定性影
- 1 -