基于励磁与调速控制的单机无穷大系统场-路-网时步有限元建模

为了能更准确地分析在整个电力系统受到干扰或出现故障时发电机与电网相互影响的动态问题,建立含有励磁调节系统和转速控制系统的场-路-网耦合时步有限元模型。该模型不但考虑了发电机磁场饱和、畸变以及趋肤效应等非线性因素对电机的影响,同时还考虑了转速的动态变化以及变压器和输电系统参数的影响,并给出了励磁调节系统和转速控制系统的实现方法。为验证模型的正确性,以一台1 407 MV·A汽轮发电机为例,采用该模型对发电机额定并网运行情况下,变压器二次侧(高压侧)A相断路器突然断开这一非全相暂态过程进行了仿真,并与传统的Park方程计算结果进行对比分析,验证了建立的场-路-网耦合时步有限元模型的正确性。     

汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型

为了分析汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,建立考虑转子铁心涡流影响的汽轮发电机空载时励磁绕组匝间短路多回路数学模型。用气隙磁导法推导了与汽轮发电机励磁绕组有关的单个线圈间电感系数的计算公式。采用该模型对空载时有无励磁绕组匝间短路故障2种工况分别进行仿真,得到了励磁电流、定子并联支路环流、定子电压仿真波形。通过仿真研究还得到励磁绕组匝间短路后的2个故障特征:在外加恒定励磁电压的情况下,励磁电流逐渐增大到另一个稳定值;定子并联支路间出现了环流。通过实验验证了所建多回路数学模型的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障检测和诊断提供参考。     

大型汽轮发电机场路耦合数值模拟方法

本文给出一种分析大型汽轮发电机暂态过程的场路耦合的通用分析新方法，直接以发电机端电压为已知条件，以节点矢量磁位Ａ和绕组回路电流为求解对象，不仅可以考虑电网络的约束，而且同时保持了系数矩阵的稀疏对称性，实例应用验证了方法的正确性。     

等效时谐耦合场分析水轮发电机负序运行能力

为研究水轮发电机的稳态负序运行能力,根据电磁场和传热学的相关理论,在考虑阻尼绕组气隙的基础上建立水轮发电机电磁场和温度场相耦合的二维有限元模型;用相对运动等效的方法处理转子的旋转问题,建立等效时谐场分析负序电流在转子中产生的涡流,得到发电机在负序稳态运行时阻尼绕组的涡流损耗分布;并将损耗结果耦合到温度场中最终得到精确的...     

同步发电机短路故障分析方法研究

为提高同步发电机励磁绕组匝间短路故障的诊断速度和精度,提出了一种基于“场路结合”算法的故障分析方法。首先,建立了同步发电机励磁绕组匝间短路故障的扩充多回路数学模型。在此基础上,利用有限元分析确定了电感参数表达式,将有限元分析所得电感参数代入回路电压方程即可实现场路结合分析。以1台凸极同步发电机作为平台,进行仿真和实验研究,数据对比表明:场路结合法不仅具有较高的准确度而且可以提高计算效率,可以为励磁绕组匝间短路保护提供依据。     

不同模型的同步发电机失磁异步运行分析

建立了可以考虑磁场饱和、磁场畸变、谐波磁场以及集肤效应导致的实心转子涡流分布不均匀等因素的场路耦合时步有限元(T-S FEM)模型,并进行了试验验证.采用该模型对300 MW发电机稳态运行、励磁绕组开路及短路等失磁异步运行时的角速度、电磁转矩以及定子电流动态变化特征进行仿真,并与电力系统仿真软件PSD-BPA的仿真结果进行对比,结果表明:稳定运行时,2种模型计算的电磁转矩相差13.8％;失磁异步运行时,2种模型仿真得到的结果存在明显差别且有限元模型计算结果更接近实际情况,这主要是由于时步有限元模型能有效计及发电机内部多种非线性因素,故计算结果更为精确.本文研究成果为发电机设计及运行分析提供了理论支撑.     

汽轮发电机励磁绕组短路多回路数学模型及电感系数

为了用数值仿真方法研究大型汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,依据多回路方法提出了回路选取原则,据此选取各回路及其独立变量,形成了联无穷大电网时汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型;用气隙磁导法推导了单个线圈间电感系数的计算公式,并得到了数学模型中定子绕组各支路自感及其间互感,阻尼绕组各回路自感及其间互感,定子绕组各支路与阻尼绕组各回路间互感,励磁绕组各回路自感及其间互感,定子各支路与励磁各回路间互感,励磁绕组各回路与阻尼绕组各回路间互感系数的计算公式。通过对绕组正常时参数对比和励磁绕组匝间短路时仿真和实验结果的对比,表明了回路选取、数学模型和电感系数计算公式的正确性。     

超导同步发电机负序涡流场的研究

本文从场—路—场观点出发,提出了一整套用于分析超导电机不对称运行的具有实用意义的分析方法。首先通过引入表征矢量磁位和标量电位相组合的简化矢量位,取其共轭变分为权函数,提出了一种求解三维行波涡流场的有限元法,有效地解决了考虑屏蔽层作用但忽略励磁绕组涡流效应的涡流场计算问题。接着为了计及不对称集中励磁绕组中的涡流效应,导出了能反映实际物理状态的负序运行等值电路,得到了各绕组的负序电流。再根据前面场和路的分析结果找出与各绕组负序电流分量所对应的场量,就可得到能同时考虑屏蔽层和励磁绕组作用的负序涡流场。应用上述方法分析了一台400KVA 超导同步发电机的负序涡流场。求取了阻尼屏蔽层的涡流分布及其电功率损耗和整个场域的负序磁场分布以及阻尼屏蔽层对负序磁场的屏蔽效果等结果。     

凸极同步发电机运算电抗频率特性及饱和瞬态电抗的有限元计算

本文首先采用二维涡流场的有限元解法计算了一台大型(无阻尼绕组)水轮发电机直轴运算电抗的频率特性,其中通过在有限元方程中加约束条件使励磁绕组每匝感应涡流相等.然后通过令频率为无穷大和作定、转子端部修正后确定直轴瞬态电抗的不饱和值,最后计算了在不同短路电流下发生三相突然短路时的饱和值及饱和系数,绘制了相应的曲线.     

基于“场-路”耦合的双流制下机车变压器合闸到交流电网的暂态过程分析

用"场-路"耦合的方法计算了双流制下电气机车变压器合闸到交流网时暂态过程中的电流,对四个并联的高压绕组列写电路方程,求得了"磁链-时间"关系式。     

基于励磁阶跃法的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

对转子绕组匝间短路故障的快速、准确检测可以缩短故障处理时间,降低停机成本。首先分析了匝间短路对励磁回路暂态阻抗参数的影响,预测当发电机出现转子绕组匝间短路后,在阶跃电压作用下,励磁电流的上升速度将变快。为了验证该设想,利用有限元分析软件建立了一台300WM汽轮发电机的仿真模型,对比了短路程度、短路位置对阶跃励磁电压作用下的励磁电流上升速度的影响,同时研究了被短路回路电流、阻尼电流以及定子绕组并联支路环流的变化规律。仿真结果验证了理论分析的正确性,最终提出了一种新型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法。     

汽轮发电机内部故障回路电气参数的计算方法

回路电气参数的精确计算与否直接关系到定子绕组内部故障仿真结果的准确性。文中结合隐极式汽轮发电机的结构特点,分别应用磁路磁导法和磁场数值法计算其回路电气参数,并以实际算例对这2种方法进行了分析比较。     

特殊绕组结构的空冷汽轮发电机定子三维温度场计算与分析

对于具有特殊股线结构的大型空冷汽轮发电机温度场计算具有一定的难度。文中推导了大型空冷汽轮发电机定子上、下层线棒的股线数和截面不等时绕组涡流损耗的表达式,求解出发电机额定运行时定子股线沿径向分布的菲尔德系数;建立了定子径向通风沟内二维流体场的物理模型和数学模型,采用有限体积法对其进行了数值计算;建立定子三维温度场的物理模型和数学模型。以1台大型空冷汽轮发电机为例,在先前推导的基础上,采用有限元法对定子三维温度场进行数值计算,给出了在发电机温度场求解域中的温度分布规律。将计算结果与实测结果进行比较,得出了一些有益的结论。     

汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的时步有限元分析

为了研究阻尼绕组和磁场饱和对汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的影响,分别采用经典派克(Park)方程模型与时步有限元(time-stepping finite element method,T-SFEM)模型,对发电机不同工况下发生的小扰动进行仿真计算。在此基础上,结合小信号分析法与普罗尼(Prony)方法,对比分析了不同模型下发电机小扰动过程的动态特性以及系统静态稳定性等相关问题。结果表明,在不考虑阻尼绕组与磁场饱和的情况下,2种模型所得的小扰动特性基本一致,而当计及阻尼绕组或磁场饱和作用时则差别显著;采用派克方程模型计算所得的静态稳定极限功角比时步有限元模型的计算结果偏大。研究结果为系统仿真分析提供了合理参考。     

Research on an integrated electromagnetic auxiliary disc brake device for motor vehicle

In view of low chassis and limited space of small vehicles, this paper presents an integrated electromagnetic auxiliary disc brake device. The device is formed by an excitation winding and the main magnetic circuit, both of which are located on the structure of the conventional brake caliper. The excitation winding is powered synergistically with the antilock braking system. Based on the presented main magnetic circuit, we construct the physical model of the proposed system, analyze the working principle, electromagnetic braking power, and torque, and calculate electromagnetic braking torque with conventional algorithms. To calculate the eddy current and magnetic field distribution on the disc, using three‐dimensional finite element simulation method taking full account of the penetration depth and the marginal effect, we compare the electromagnetic braking torques obtained using the conventional algorithm and finite element simulation. Results show that the braking effect is effective and obvious, especially at medium and high speeds. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机转子损耗

针对损耗模型很难准确地计算转子损耗且三维有限元方法占用大量时间的问题,基于二维运动瞬态有限元法,研究了1台36槽42极单层分数槽集中绕组永磁同步电机在恒转矩区和弱磁区以最大转矩运行时的转子损耗,并且研究了高速工况下永磁体轴向分段数量、槽口宽度以及气隙厚度对永磁体损耗的影响。研究发现,在整个转速区间永磁体损耗占转子总损耗的90%以上;转速低于1 500 r/min时,转子铁心磁滞损耗高于涡流损耗,高于1 500 r/min时涡流损耗明显高于磁滞损耗。永磁体分段能明显降低永磁体涡流损耗;负载工况下改变槽口宽度,永磁体涡流损耗几乎没有变化;增大气隙厚度虽然能降低永磁体损耗,但是效果并不明显;同时,更改槽口和气隙厚度会使电感发生变化,并进而影响电机的运行性能。     

大型空冷汽轮发电机端部磁场数值计算

针对空冷汽轮发电机端部磁场计算中存在的问题，采用 三维有限元法建立了大型汽轮发电机端部三维涡流场的数学模型，模型充分考虑了定、转子铁心的端部效应和定子齿压指、压板、磁屏蔽、压圈等端部结构件和定、转子端部线圈的实际几何形状以及材料性质的影响。提出用二维磁场和三维磁场耦合求解的方法确定边界条件，该方法既能够保证计算精度又减少了求解区域，节省了计算时间；并给出了定子绕组端部渐开线模型的网格生成方法，利用该方法能准确模拟电机端部绕组的实际情况；以1台QF-150-2型空冷汽轮发电机为例，计算了计及涡流时汽轮发电机空载、满载端部电磁场，给出了电机端部结构件中磁场的分布和一些有价值的结论，计算结果验证了方法的有效性。     

自耦变压器绕组漏磁场及涡流损耗的二维数值分析

利用ANSYS软件建立了油浸式自耦变压器的有限元模型,采用“场-路耦合”方法分析了变压器绕组的漏磁分布,得到绕组的涡流损耗分布情况.将有限元计算结果与工程计算结果对比,说明了计算方法的准确性,对自耦变压器的设计具有一定的理论参考价值.     

三绕组变压器中压绕组短路电动力的计算方法

针对220 kV/180 MVA三绕组电力变压器出口短路时短路电流的计算问题,从磁势平衡原理出发,建立了在中压绕组短路工况下中压绕组短路力的计算模型,利用"场-路耦合"有限元方法计算了该模型的二维瞬态漏磁场,获得了中压绕组线饼的受力分布和瞬变曲线,并对受轴向短路电动力作用最大线饼的轴向稳定性进行了校核。计算结果表明,利用有限元软件ANSYS对三绕组变压器中压短路工况下中压绕组短路电动力的计算方法,省去了传统计算电动力复杂的计算过程及一些计算假设,提高了计算精度,变压器的中压绕组具有足够的轴向机械强度,对变压器设计和运行人员有一定的参考价值。