一種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法
2023-12-12 11:57:42
專利名稱：一種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法
技術領域：
本發明涉及發電機電磁場計算領域，具體是ー種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法。
背景技術：
大型汽輪發電機的匝間短路是ー種較常見的發電機故障，而要徹底從本質上弄清匝間短路的原因，必須能準備計算出相應的磁場分布，從而為後續的故障診斷做準備。目前大多數的電機電磁場分析都是基於有限元思想，但是而有限元對單元的依賴性較大，在存在単元畸變時，有限元不能有限解決工程電磁場問題，例如薄片介質，微小氣隙和運動線圈等存在時的電磁場問題，這樣就導致無法獲得確定的故障特徵，得出更準確有效的故障判據，影響對汽輪發電機勵磁繞組匝間短路的有效分析，進而不能從本質上分 析故障產生的原因。
發明內容
本發明提供ー種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，相對於有限元方法不需要網絡劃分，只需要布置節點即可，可以擺脫有限元法對單元的依賴，具有精度高、計算簡單等優點。ー種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，包括如下步驟第一歩簡化物理模型採用以下簡化①忽略定子齒槽效應，認為磁場線垂直進入定子磁路;②認為沿圓周展開後的轉子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導率的非線性及隨溫度的變化，認為其為常數忽略轉子除大齒外的齒槽效應忽略電機端部效應，將其簡化為ニ維磁場問題，採用實際模型的一半作為求解域；第二步確定數學模型根據物理模型的數學表示布置模型的節點，其中等效轉子的半周長度為JiD2/2，其中D2為轉子外徑，轉子的外徑半周長對應的就是最後簡化模型的長度；根據麥克斯韋方程組，確定物理模型內部、交界面、外邊界的數學方程(即數學模型)
權利要求
1.一種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，其特徵在於包括如下步驟 第一步簡化物理模型 採用以下簡化①忽略定子齒槽效應，認為磁場線垂直進入定子磁路；②認為沿圓周展開後的轉子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導率的非線性及隨溫度的變化，認為其為常數；④忽略轉子除大齒外的齒槽效應；⑤忽略電機端部效應，將其簡化為二維磁場問題，採用實際模型的一半作為求解域； 第二步確定數學模型 根據物理模型的數學表示布置模型的節點，其中等效轉子的半周長度為π 2/2，其中D2為轉子外徑，轉子的外徑半周長對應的就是最後簡化模型的長度； 根據麥克斯韋方程組，確定物理模型內部、交界面、外邊界的數學方程內部區域、 · · 穩態為W ^似穩態為- I W 'I SA1 _ I QA2I (I) 內部交界面A dn dn 外邊界左、右、下邊界為A=O,上邊界喻=Q y 式中， η :交界面處的法向方向 U 1> U 2 :隸屬於兩邊不同媒質的磁導率 Α1、Α2 :兩邊區域的磁勢 IsJs .電流的實數、複數形式 w :電流的角頻率 O :電導率 j:虛數 A:矢量磁場的複數形式 第三步區域分解方法與徑向基無單元方法耦合 根據物理模型的不同區域的電磁特性進行區域劃分，並將徑向基無單元方法應用求解得出要求的徑向基函數的係數； 第四步結果分析 將求解得出的徑向基函數的係數代入徑向基函數，最終求出要求的點的結果磁場三維分布以及磁力線分布。
2.如權利要求I所述的基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，其特徵在於所述第二步中根據物理模型的數學表示布置模型的節點具體為根據模型的各個區域的電磁特性以及模型的形狀進行劃分，相同電磁特性的劃分為一個子區域，再進行均勻布點。
3.如權利要求I所述的基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，其特徵在於所述第三步中區域劃分的規則為根據模型的特性和形狀，將具有相同電磁特性的一塊區域劃分為一類。
4.如權利要求3所述的基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，其特徵在於所述第三步中將徑向基無單元方法應用求解得出要求的徑向基函數的係數具體為所述劃分的不同區域之間通過交界面方程
5.如權利要求4所述的基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，其特徵在於所述第四步中將求解得出的徑向基函數的係數代入徑向基函數，最終求出要求的點的結果具體為將求解得出的徑向基函數的係數ak代入
全文摘要
一種基於無單元方法的大型汽輪發電機磁場特性分析方法，包括如下步驟第一步簡化物理模型，第二步確定數學模型，第三步區域分解方法與徑向基無單元方法耦合，根據不同區域的電磁特性進行區域劃分，並將徑向基無單元方法應用求解得出要求的徑向基函數的係數；第四步結果分析，將求解得出的徑向基函數的係數代入徑向基函數，最終求出要求的點的結果磁場三維分布以及磁力線分布。本發明的優點在於省去了複雜繁瑣的網絡劃分，程序實現更加簡便，計算結果更加準確快捷；採用區域分解的方法，大大降低最終聯立大方程的維數，更適合併行計算，磁場的計算結果可用於後續的電磁力計算，以及分析電磁力的不平衡性，為判斷電機運行故障做準備。
文檔編號G06F19/00GK102855374SQ201110345198
公開日2013年1月2日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者周淼, 邵可然, 黃海舟, 陳孝明 申請人:湖北省電力公司電力科學研究院, 華中科技大學, 國家電網公司