凸極能量變換器的電磁理論與數(shù)值計算研究.pdf

1、研究的目的是掌握能量變換器定轉(zhuǎn)子鐵心和繞組的合理結(jié)構(gòu),探討以電磁場數(shù)值計算為手段的電磁設(shè)計方法,為我國今后開發(fā)、設(shè)計、制造能量變換器提供理論依據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本的設(shè)計方法與經(jīng)驗.本文首先建立了能量變換器的高階參數(shù)模型,導(dǎo)出了能量變換器三階模型的運算電抗、超-超瞬態(tài)電抗、超瞬態(tài)電抗和瞬態(tài)電抗的表達式,較準(zhǔn)確地描述了能量變換器的動態(tài)過程,給出了根據(jù)電磁場數(shù)值計算得到的頻率特性,利用最小二乘法確定三階模型的各個電抗和時間常數(shù)的參數(shù)辨識方法,為

2、精確預(yù)計和計算能量變換器的運行性能打下了基礎(chǔ).針對能量變換器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點,研究了求解能量變換器磁場問題的數(shù)值計算方法.建立了采用基于疊層元的h-p2方式自適應(yīng)有限元法計算能量變換器磁場問題的數(shù)學(xué)模型,與普通有限元法相比該方法能準(zhǔn)確的處理能量變換器定子繞組XLPE電纜中半導(dǎo)體層的邊界條件,避免出現(xiàn)交界面處邊界條件的"夾層"問題.提出了用有限元法計算磁場問題時周期性邊界條件和第一類邊界條件的統(tǒng)一處理方法,利用該方法在不改變代數(shù)方程組階數(shù)

3、、保持系數(shù)矩陣性質(zhì)不變和帶寬基本不變的條件下,使兩種強加邊界條件能同時處理,簡化了程序編制,并與尋址方法相結(jié)合,提高了計算速度.提出了用有限元法計算能量變換器同步電抗、瞬態(tài)電抗、零序電抗、負(fù)序電抗、負(fù)序電阻、定子端部漏抗的數(shù)學(xué)模型和計算方法.討論了鐵心磁飽和、XLPE電纜中半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率對電抗參數(shù)的影響;分析了不同參數(shù)模型中瞬態(tài)電抗的物理意義,對各階模型的瞬態(tài)參數(shù)進行了詳細(xì)的計算和對比;分析了阻尼繞組的排列對空載磁動勢波形的影響.為了

4、比較能量變換器與傳統(tǒng)發(fā)電機的故障電流,在參數(shù)計算的基礎(chǔ)上,根據(jù)能量變換器的運動方程,用不同的參數(shù)模型分析計算了空載三相突然短路動態(tài)過程的定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況.根據(jù)理論分析與計算結(jié)果,提出了能量變換器模擬樣機的設(shè)計方案,并以蘭州電機廠生產(chǎn)的700Kw,4極凸極同步電機為主體,保留其轉(zhuǎn)子,對定子進行從新設(shè)計和加工,制作了模擬樣機,介紹了能量變換器模擬樣機在設(shè)計和制作過程中遇到的問題和解決方法及經(jīng)驗.對樣機進行了試驗,并將試驗結(jié)果與計