【摘要】：隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大,其有效材料的利用率和電機(jī)的效率均將提高,然而溫度是限制發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增加的重要因素,因此準(zhǔn)確的計(jì)算分析電機(jī)內(nèi)溫度場(chǎng)的分布對(duì)溫度監(jiān)測(cè),預(yù)測(cè)電機(jī)壽命以及提高發(fā)電機(jī)容量至關(guān)重要。電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中定子線棒常采用換位技術(shù)來(lái)降低股線間的環(huán)流損耗以達(dá)到降低溫度的目的。定子換位線棒結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采用數(shù)值法計(jì)算溫度場(chǎng)時(shí)網(wǎng)格剖分難度大,計(jì)算周期長(zhǎng)。本文提出一種能夠考慮定子線棒實(shí)際換位結(jié)構(gòu)的熱網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算定子溫度場(chǎng),以一臺(tái)250MW水輪發(fā)電機(jī)為例,計(jì)算了定子換位線棒的溫度場(chǎng)分布情況。根據(jù)250MW水輪發(fā)電機(jī)定子換位線棒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立了能夠考慮股線實(shí)際換位結(jié)構(gòu)的熱網(wǎng)絡(luò)模型,并給出了求解定子換位線棒熱網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)溫度方程組矩陣形式。應(yīng)用有限體積法計(jì)算了定子通風(fēng)溝內(nèi)流體的分布規(guī)律,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,得到各散熱表面的散熱系數(shù),分別采用解析法和有限元法計(jì)算了求解域內(nèi)不同類型節(jié)點(diǎn)之間的徑向、周向及軸向熱導(dǎo);應(yīng)用三維有限元方法計(jì)算了考慮股線實(shí)際換位結(jié)構(gòu)的定子線棒損耗。根據(jù)計(jì)算得到的熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù),計(jì)算分析了不考慮定子線棒換位結(jié)構(gòu)和考慮360°全換位結(jié)構(gòu)的定子溫度場(chǎng),給出了求解域內(nèi)定子各部分的溫度最大值和最小值,對(duì)比分析了兩種情況下節(jié)點(diǎn)溫度沿徑向和軸向的分布規(guī)律,將360°全換位方式的定子換位線棒溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與數(shù)值法計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。研究了定子槽內(nèi)上下層線棒電流相位及定子線棒換位方式對(duì)定子換位線棒溫度場(chǎng)的影響。計(jì)算了異相槽、空換位方式和不足360°換位方式的定子換位線棒溫度場(chǎng),并與360°全換位方式的定子換位線棒溫度場(chǎng)進(jìn)行比較分析。
【圖文】：

部股線不進(jìn)行換位處理，通過(guò)其他方法抑制端部不換位而造成的環(huán)流損耗，其中一種為在槽部不同位置添加空換位段[24, 25]，西安交通大學(xué)的學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的理論研究，在 360o全換位方式的基礎(chǔ)上在槽部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)空換位段。國(guó)內(nèi)另一種常被采用的換位方案是不足 360o換位。不足換位即是指在槽部直線段內(nèi)，股線扭轉(zhuǎn)的角度小于 360o，因此稱為不足 360°換位。針對(duì)此種換位方式清華大學(xué)曾進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究，并將研究成果應(yīng)用在新安江水電廠的真機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)[26]。除此之外，還有一種換位方式將端部股線的直線段也進(jìn)行換位處理，即槽部的 360o換位的股線換位范圍延長(zhǎng)至端部股線的直線部分，這種方法稱為延長(zhǎng)換位，，新安江水電廠曾對(duì)延長(zhǎng)換位進(jìn)行過(guò)研究，并在真機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)[27]。空換位、不足換位、延長(zhǎng)換位三者的原理類似，都是依靠槽部漏磁場(chǎng)感應(yīng)的不平衡電勢(shì)來(lái)抵消端部漏磁通所感應(yīng)的不平衡電勢(shì)。如果不足換位的換位角度或者延長(zhǎng)換位的長(zhǎng)度選擇恰當(dāng)，可以有效的抑制定子換位線棒環(huán)流損耗。西安交大提出了一種端部連接方式，即在線棒端連接處進(jìn)行 R、T 連接，以達(dá)到降低環(huán)流損耗的目的，這種端部連接形式可以通用于 0o/360o/0o以及 0o/540o/0o換位方式的定子線棒中[28]。大型交流發(fā)電機(jī)中定子線棒及其股線換位結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。

卻結(jié)構(gòu)下電機(jī)的溫度場(chǎng)分布情況，并對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行了分析[41]。2015 年?yáng)|南大學(xué)張建忠利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法研究了定頻雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的溫度場(chǎng)，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性[42]。王曉遠(yuǎn)等人建立了輪轂電機(jī)的等效熱網(wǎng)絡(luò)模型和 3D 有限元模型，熱網(wǎng)絡(luò)模型如圖 1-2 所示，利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法和有限元法計(jì)算了輪轂電機(jī)額定工況下穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了求解方法的有效性[43]。天津大學(xué)的李斌等人研究了采用軸向通風(fēng)冷卻方式的永磁同步電機(jī)溫度場(chǎng)，建立了軸向冷卻氣體的數(shù)學(xué)模型，并與電機(jī)的熱網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，最后利用有限元法對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證[44]。目前，在分析交流電機(jī)溫度場(chǎng)的方法中數(shù)值法計(jì)算溫度場(chǎng)周期時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)要求高，且對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的換位線棒剖分難度大；熱網(wǎng)絡(luò)法只是對(duì)單個(gè)鐵心段或沒(méi)有考慮線棒換位結(jié)構(gòu)的定子進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算，缺少整個(gè)軸向方向上換位線棒的溫度分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2603985