电机运行性能数值计算方法及其应用PDF电子书下载

1　概述 1

1.1　问题的提出 1

目录 1

1.2　电机内电磁场的数值计算方法 2

1.2.1　有限差分法 2

1.2.2　有限元法 2

1.2.3　体积分方程法 3

1.2.4　边界积分方程法 3

1.3　电机电磁场数值计算方法的应用与发展 4

1.2.5　混合法 4

1.3.1　电机端部涡流场计算 5

1.3.2　电机端部绕组电动力及电磁振动计算 6

1.3.3　电机内温度场计算 6

1.3.4　电机定子绕组内部故障计算 7

1.3.5　永磁电机性能分析计算 9

参考文献 10

2.1　三维涡流场的边值问题 18

2.1.1　涡流场控制方程 18

2 电机三维涡流电磁场计算的理论基础 18

2.1.2　边界条件处理 20

2.1.3　稳态正弦涡流场的复边值问题 21

2.1.4　瞬态涡流控制方程的差分表示 22

2.2　复向量场分析的理论基础 22

2.3　三维稳态涡流场复边值问题的等价变分 26

2.3.1　齐次边界条件下的等价变分原理 27

2.3.2　涡流场边值问题的等价变分原理 28

参考文献 30

3.1 圆柱坐标下各向异性媒质中三维温度场的边值问题 31

3 电机三维温度场计算的理论基础 31

3.2　温度场的确定性问题 33

3.3　各向异性媒质中温度场边值问题的等价变分 34

3.4　三维温度场的有限元计算格式 37

3.4.1　拱形体单元定义 37

3.4.2　单元分析 38

3.4.3　边界条件处理 40

3.5　温度场计算模型的实例验证 42

参考文献 44

4　有限元法的前处理技术 45

4.1　网格生成技术研究现状 46

4.2　有限元网格生成新算法 48

4.2.1　新算法的算法基础 48

4.2.2　新算法的实现步骤 49

4.2.3　含孔区域的处理及在指定位置上布点 52

4.2.4　网格加密的实现 52

4.2.5　相关问题讨论 53

4.2.6　新算法剖分实例与特点 54

4.3.1　电机结构参数处理方法 56

4.3　前处理的软件实现 56

4.3.2　电机数据的输入 57

参考文献 58

5　发电机安全进相运行数值计算 59

5.1　发电机三维行波涡流场数学模型 59

5.2　发电机三维行波涡流场边值问题的等价变分问题 60

5.3　有限元计算格式 62

5.4　定子绕组电流层分析及铁芯等效磁导率的计算 65

5.4.1　电流密度的解析表达式 66

5.4.2　等效磁导率的计算 68

5.5　电磁场计算结果及分析 69

5.7　定子铁心与线棒间换热条件的处理 71

5.6　定子铁心温度场计算模型 71

5.8　热传导系数、散热系数及热源的确定 72

5.8.1 热传导系数的确定 72

5.8.2　散热系数的确定 74

5.8.3　热源的确定 76

5.9　定子铁心温度场计算结果及分析 77

5.10　定子端部结构件温度场计算及分析 81

5.10.1　求解区域的确定 81

5.10.3　散热系数和等效热传导系数的计算 82

5.10.2　热源计算 82

5.10.4　压圈冷却水温度分布规律 83

5.10.5　结果分析 83

5.11　大容量发电机进相运行分析 85

5.11.1　发电机进相运行时内部电磁关系分析 85

5.11.2　水轮发电机的无功调节及参数确定 87

5.11.3　不同工况下的磁场分布及其变化规律 90

5.11.4　不同工况下的温度分布及其变化规律 92

5.11.5　水轮发电机稳定性分析 94

5.11.6　发电机安全进相运行分析 96

参考文献 97

6　发电机端部绕组电磁振动数值计算 99

6.1　发电机三维瞬态涡流场的计算模型 99

6.2　发电机端部瞬态电磁场的数值计算 101

6.3　发电机端部绕组电动力计算及振动分析 104

6.3.1　端部绕组电动力的计算 104

6.3.2　端部绕组振动的数学模型 105

6.3.3　发电机定子绕组端部振动的分析 109

6.3.4　端部绕组电动力和振动的计算 111

6.4　冲击负荷下发电机端部电磁场及绕组振动分析 114

参考文献 121

7　发电机定子绕组内部故障数值计算 122

7.1　通用数学分析模型 122

7.1.1　定子绕组内部故障时的电磁方程 122

7.1.2　电磁转矩和转子运动方程式 127

7.1.3　故障时的回路参数形成 127

7.2　发电机回路参数的数值计算 129

7.2.1　有限元计算模型 129

7.2.2　回路电气参数计算 130

7.2.3　计算结果与分析 132

7.3 凸极同步发电机定子绕组内部故障仿真与分析 136

7.3.1　定子绕组内部故障时的回路稳态方程 136

7.3.2　定子绕组内部故障稳态电气量仿真与分析 137

7.4　隐极同步发电机定子绕组内部故障仿真与分析 140

7.4.1　汽轮发电机回路电气参数计算 141

7.4.2　汽轮发电机定子绕组内部故障电气量仿真 142

7.4.3　汽轮发电机定子绕组内部故障保护方案研究 144

参考文献 147

8.1.1　电磁场边值问题的等价变分 149

8.1　二维电磁场的有限元模型 149

8 同步电机参数和运行性能的数值计算 149

8.1.2　有限元离散 150

8.1.3　磁通密度与绕组磁链的计算 153

8.2　同步电机电磁参数计算 153

8.2.1　同步电机电磁场计算模型 154

8.2.2　同步电机磁场计算 155

8.2.3　同步电机参数计算 157

8.3　同步发电机特性曲线的数值计算 159

8.3.2　同步发电机特性曲线的计算 160

8.3.1　同步发电机磁场计算 160

参考文献 162

9 鼠笼异步电动机参数和性能的数值计算 163

9.1 鼠笼异步电动机电磁特性的计算 163

9.1.1　电机参数与性能的计算 163

9.1.2　算例 165

9.2　集肤效应的有限元通用计算方法 166

9.2.1　有限元计算模型 167

9.2.2　集肤系数的计算 168

9.2.3　计算实例 169

9.3.1　有限元法对运动问题的现有处理技术 170

9.3　运动有限元法 170

9.3.2　插值运动边界法 171

9.4　场路耦合时步有限元法计算鼠笼异步电机的启动特性 173

9.4.1　基本方程 173

9.4.2　系统总体方程 175

9.4.3　电磁转矩的精确计算 176

9.4.4　算例分析 178

参考文献 179

10.1.1　直接处理法 180

10　永磁电机参数和性能的数值计算 180

10.1 电磁场计算中永磁体的数学模型 180

10.1.2　等效面电流法 181

10.1.3　直接处理法和等效面电流法统一性的证明 184

10.1.4　边界等效面电流离散化处理法 185

10.2　永磁直流电动机有限元分析 187

10.2.1　计及换向过程时电机的动态性能计算 188

10.2.2　算例分析 190

10.3.1　永磁同步电机场路耦合分析模型 191

10.3　永磁同步电动机有限元性能分析 191

10.3.2　性能计算 194

10.3.3　算例分析 195

10.4　无刷直流电动机的有限元性能分析 196

10.4.1　无刷直流电动机运行规律分析 197

10.4.2　电路拓扑结构与分段电路方程 198

10.4.3　各运行区间端电压的确定和单流换流模式转换的判据 201

10.4.4　场路耦合时步法分析无刷直流电动机 202

10.4.5　算例分析 204

参考文献 206