汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法技术

本发明专利技术是阻尼绕组和槽楔对汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法。在不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式下，判断汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；建立同步放电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；通过实验对仿真模型的正确性进行验证；采用有限元仿真方法，计算不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形势下，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力，确定有限元仿真法与所述阻尼绕组和槽楔对汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法计算的汽轮发电机励磁绕组切向电磁力是否具有一致性。本发明专利技术解决汽轮发电机设计过程中定、转子材料的机械强度设计的可靠性，能够帮助完成设计出抗负载波动影响稳定性更加优良的电机。

Vector Analysis Method of Tangential Electromagnetic Force Effect on Excitation Winding of Turbogenerator

The present invention is a vector analysis method for the influence of damping winding and slot wedge on tangential electromagnetic force of excitation winding of turbogenerator. The relationship between tangential electromagnetic force amplitude of excitation winding of turbogenerator is judged under different connection modes of damper winding and damper slot wedge; the physical model of synchronous discharger is established, and the physical model of nuclear power half-speed turbogenerator is established; the correctness of the simulation model is verified by experiments; and the connection situation of different damper windings and damper slot wedge is calculated by finite element simulation method. Next, the tangential electromagnetic force of the excitation winding of the turbogenerator is determined whether the tangential electromagnetic force of the excitation winding of the turbogenerator calculated by the finite element simulation method and the vector analysis method of the influence of the damper winding and slot wedge on the tangential electromagnetic force of the excitation winding of the turbogenerator is consistent. The invention solves the reliability of the mechanical strength design of the stator and rotor materials in the design process of the turbogenerator, and can help to design a motor with better stability against load fluctuation.

【技术实现步骤摘要】
汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法
本专利技术涉及电磁力计算
，是一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法。
技术介绍
汽轮发电机带负载运行时，负载一般都无法保持完全三相对称。这种不对称将会在定子绕组上感应出基波负序电流，并且转子以同步转速旋转，定子绕组上的基波负序电流又会在励磁绕组、阻尼绕组以及阻尼槽楔上感应出2倍基频的电流。进而励磁绕组上将产生基波负序磁场，该磁场与空间正序基波磁场相互作用，致使励磁绕组产生二次谐波的切向电磁力，其严重威胁了电机地安全运行因此，计算和研究汽轮发电机外部不对称时励磁绕组二次谐波切向电磁力具有重要的工程价值和研究意义。
技术实现思路
本专利技术为上述问题，提供了一种基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法，本专利技术提供了以下技术方案：一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，包括以下步骤：步骤一：确定汽轮发电机的负序等效电路；步骤二：确定发电机的磁矢量空间关系，当汽轮发电机外度不对称时，确定矢量空间效果；步骤三：确定励磁绕组切向电磁力与电磁转矩的关系；步骤四：确定励磁绕组切向电磁力的表达式；步骤五：判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔的连接形式，确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力对应的电抗关系；步骤六：在不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式下，判断汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；步骤七：建立同步发电机的仿真模型，根据实际尺寸建立同步放电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；步骤八：通过实验对仿真模型的正确性进行验证；步骤九：确定阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式；步骤十：采用有限元仿真方法，计算不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形势下，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力；步骤十一：在相同条件下，确定有限元仿真法与所述汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法计算的汽轮发电机励磁绕组切向电磁力是否具有一致性。优选地，所述步骤一具体为：第一步：确定汽轮发电机的负序等效电路，定义电流不对称度α，通过下式定义定义电流不对称度α：其中，I+和I-分别为定子基波正序和负序电流相量有效值；第二步：在不考虑转子各绕组之间的互感时，确定汽轮发电机负序等效电路，所述汽轮发电机负序等效电路包括电枢电阻Ra，电枢漏抗Xσ，激磁电抗X′m，激磁电阻Rm，归算后转子励磁绕组漏电抗X′fσ，归算后转子励磁绕组电阻R′f，定子基波负序电压U-，励磁绕组基波负序电流I2-，转差率s，归算后阻尼绕组电阻R′d，归算后阻尼绕组漏电抗X′dσ，阻尼绕组基波负序电流I3-，归算后阻尼槽楔电阻R′w，归算后阻尼槽楔漏电抗X′wσ，阻尼槽楔基波负序电流I4-；第三步：当阻尼绕组存在，阻尼槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I4-所在支路；当阻尼绕组和槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I3-和I4-所在支路。优选地，所述步骤四具体为：第一步：采用电磁转矩对汽轮发电机切向电磁转矩二次谐波分量进行研究；第二步：当阻尼绕组和阻尼槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉I3-和I4-所在支路，忽略R′m和R′f，转子励磁绕组负序电流相量通过下式表示：转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表达：当汽轮发电机负载不对称运行，且不存在阻尼绕组和阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表达：其中，Lm为定、转子磁动势矢量耦合等效在励磁绕组上的电感系数，为汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量，为定子绕组、转子励磁绕组基波负序磁动势矢量，和分别为定子绕组和转子励磁绕组基波正序磁动势矢量；第三步：通过公式(4)整理得到下式：第四步：当存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I4-所在支路，忽略R′m、R′f和R′d，通过下式表示电流相量通过下式表达：转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表示：磁动势矢量通过下式表示：第五步：当汽轮发电机负载不对称运行，且存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表示：其中，，为汽轮发电机存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量；将式(10)和(11)代入(12)中整理得到下式：第六步：当存在阻尼绕组和阻尼槽楔时，在汽轮发电机等效电路基础上忽略R′m、R′f和R′d，通过下式表示：电流相量相量通过下式表示：转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表示：磁动势矢量通过下式表示：第七步：当汽轮发电机负载不对称运行时，存在阻尼绕组和阻尼槽楔绕组时，则此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表示：其中，为汽轮发电机同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量；将式(19)和式(20)代入式(21)整理得到：第八步：汽轮发电机励磁绕组总切向力的计算公式在不存在阻尼绕组和阻尼槽楔，存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔以及同时存在阻尼绕组和槽楔三种情况下，分别可以表示为：其中，和分别为汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔、存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔和同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波总切向电磁力矢量。优选地，所述步骤五具体为：第一步：根据α＝I-/I+，得到下式：其中，为t＝0时刻定子基波负序磁动势超前于定子基波正序磁动势的角度；第二步：将式(26)代入(23)、式(24)和式(25)得到下式：第三步：当在同一台汽轮发电机中不计磁场饱和的影响作用时，发生外部负载不对称时电感参数将不发生变化。式(27)、式(28)和式(29)中与计算汽轮发电机外部负载不对称励磁绕组二次谐波总切向电磁力相关的电抗间的关系通过式(30)和式(31)所示：优选地，所述步骤六具体为：判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；通过下式确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系：其中，和分别为外部负载不对称电流不对称度和正序网络相同时汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔、存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔以及同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔转子励磁绕组二次谐波总切向电磁力的幅值。优选地，所述步骤七具体为：第一步：根据实际尺寸建立同步发电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；第二步：仿真模拟核电半速汽轮发电机负载不对称运行，使用瞬态磁场求解器；第三步：使用有限元法仿真计算核电半速汽轮发电机外部负载不对称多工况运行，分别建立仿真模型模拟在正序网络为1/2额定负载和额定负载情况下，核电半速汽轮发电机的外部负载不对称运行；第四步：在忽略电枢电阻的前提下，预先利用式(33)选取合适的内功率因数角σ其中，UN为定子额定电压，XQ为交轴同步电抗，I为定子电流；第四步：正序网络为1/2额定负载时I取IN/2，正序网络为额定负载时I取IN。在电枢侧施加的定子A相、B相和C相电流分别为如下式所示：其中，iA、iB、iC分别为定子A相、B相和C相基波电流的瞬时值；第五步：通过反复地调节励磁电流的数值大小，经过逐次迭代使得得到的定子实际电枢电压U和实际正序功率因数满足如下式(35)和式(36)的要求：其中，U为定子实际电枢电压，为额定功率因数，为电机实际的功率因数，εU为核电半速汽轮发电机电枢电压的相对误差，核电半速汽轮发电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一：确定汽轮发电机的负序等效电路；步骤二：确定发电机的磁矢量空间关系，当汽轮发电机外度不对称时，确定矢量空间效果；步骤三：确定励磁绕组切向电磁力与电磁转矩的关系；步骤四：确定励磁绕组切向电磁力的表达式；步骤五：判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔的连接形式，确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力对应的电抗关系；步骤六：在不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式下，判断汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；步骤七：建立同步发电机的仿真模型，根据实际尺寸建立同步放电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；步骤八：通过实验对仿真模型的正确性进行验证；步骤九：确定阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式；步骤十：采用有限元仿真方法，计算不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形势下，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力；步骤十一：在相同条件下，确定有限元仿真法与所述汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法计算的汽轮发电机励磁绕组切向电磁力是否具有一致性。

【技术特征摘要】
1.一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一：确定汽轮发电机的负序等效电路；步骤二：确定发电机的磁矢量空间关系，当汽轮发电机外度不对称时，确定矢量空间效果；步骤三：确定励磁绕组切向电磁力与电磁转矩的关系；步骤四：确定励磁绕组切向电磁力的表达式；步骤五：判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔的连接形式，确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力对应的电抗关系；步骤六：在不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式下，判断汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；步骤七：建立同步发电机的仿真模型，根据实际尺寸建立同步放电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；步骤八：通过实验对仿真模型的正确性进行验证；步骤九：确定阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式；步骤十：采用有限元仿真方法，计算不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形势下，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力；步骤十一：在相同条件下，确定有限元仿真法与所述汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法计算的汽轮发电机励磁绕组切向电磁力是否具有一致性。2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，其特征是：所述步骤一具体为：第一步：确定汽轮发电机的负序等效电路，定义电流不对称度α，通过下式定义定义电流不对称度α：其中，I+和I-分别为定子基波正序和负序电流相量有效值；第二步：在不考虑转子各绕组之间的互感时，确定汽轮发电机负序等效电路，所述汽轮发电机负序等效电路包括电枢电阻Ra，电枢漏抗Xσ，激磁电抗X′m，激磁电阻Rm，归算后转子励磁绕组漏电抗X′fσ，归算后转子励磁绕组电阻R′f，定子基波负序电压U-，励磁绕组基波负序电流I2-，转差率s，归算后阻尼绕组电阻R′d，归算后阻尼绕组漏电抗X′dσ，阻尼绕组基波负序电流I3-，归算后阻尼槽楔电阻R′w，归算后阻尼槽楔漏电抗X′wσ，阻尼槽楔基波负序电流I4-；第三步：当阻尼绕组存在，阻尼槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I4-所在支路；当阻尼绕组和槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I3-和I4-所在支路。3.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，其特征是：所述步骤四具体为：第一步：采用电磁转矩对汽轮发电机切向电磁转矩二次谐波分量进行研究；第二步：当阻尼绕组和阻尼槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉I3-和I4-所在支路，忽略R′m和R′f，转子励磁绕组负序电流相量通过下式表示：转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表达：当汽轮发电机负载不对称运行，且不存在阻尼绕组和阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表达：其中，Lm为定、转子磁动势矢量耦合等效在励磁绕组上的电感系数，为汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量，为定子绕组、转子励磁绕组基波负序磁动势矢量，和分别为定子绕组和转子励磁绕组基波正序磁动势矢量；第三步：通过公式(4)整理得到下式：第四步：当存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I4-所在支路，忽略R′m、R′f和R′d，通过下式表示电流相量通过下式表达：转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表示：磁动势矢量通过下式表示：第五步：当汽轮发电机负载不对称运行，且存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表示：其中，，为汽轮发电机存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量；将式(10)和(11)代入(12)中整理得到下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕品，戈宝军，杨莹，林鹏，辛鹏，赵洪森，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23