水轮发电机多场耦合电磁振动分析研究

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1、分类号学号M201373300学校代码10487密级硕士学位论文水轮发电机多场耦合电磁振动分析研究学位申请人：李如海学科专业：水利工程指导教师：李超顺副教授答辩日期：2015年5月29日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheResearchOfElectromagneticVibrationUnderMultiFieldCouplingOfHydroGeneratorCandidate:RuhaiL

2、iMajor:WaterConservancyEngineeringSupervisor:AssociateProf.ChaoshunLiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到

3、本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在半年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要水轮发电机在运行过程中振

4、过大轻则会导致发电机磨损增大、降低发电机安全生产寿命或转子转动偏心影响发电效率，重则可能导致发电事故造成极大的财产损失甚至人身伤害。所以研究水轮发电机异常振动对防灾减损有着重要意义。近年来随着水轮发电机的大型化，其定子系统因受到大电流强磁场的影响产生的电磁振动愈加明显逐渐成为制约水轮机大型化的关键，因此水轮发电机组在正常运转工况下产生的电磁特性以及电磁振动特性逐渐成为研究热点。水轮发电机定子结构电磁振动主要是由发电机组定子结构在变化的电磁场中受到电磁力波的激励引起。因此水轮发电机定子结构所受电磁力波和固有模态是影响电磁振动的关键。其次水

5、轮发电机定子温度也会影响到磁密度分布进而影响电磁振动。本文针对水轮发电机电磁振动问题采用有限元分析方法，分别进行了电磁力分析，结构谐响应分析和温度、电磁、结构多物理场耦合分析。论文主要工作分为以下几个方面：（1）根据水轮发电机的结构参数利用UG软件绘制水轮发电机定子三维模型，并对模型进行简化和转化使其适合有限元分析。将模型载入workbench模态分析模块中，仿真水轮发电机定子系统自振频率和振动形态。（2）在Maxwell中建立水轮发电机有限元二维模型和外接电路，对模型加载激励和约束后进行电磁有限元仿真，求解出水轮发电机输出的线电流、线

6、电压并与文献对比确定水轮发电机电磁模型的有效性。计算出定转子气隙间的电磁场和电磁力密度在时间和空间上分布特性。（3）将水轮发电机电磁分析与谐响应分析耦合，将定子齿端所受的电磁力载入三维模型中仿真分析在不同频率电磁力谐波激励下的定子机座表面振动频域分布以及振动峰值时的水轮发电机定子系统变形。（4）本文通过采用通过求解电磁场中定子绕组产生的铜损与温度场双向耦合求出温度影响下水轮发电机的电磁力密度，再将电磁分析与谐响应分析耦合，定性分析了在温度影响下水轮机电磁振动特性变化。本文利用Maxwell张量法对水轮发电机电磁力进行了研究，同时利用多场

7、耦合和双向耦合的方法研究了水轮发电机定子机座的振动。提出了一套完整的分析仿真方法，为进一步研究水轮发电机振动奠定了基础，有一定的工程应用参考价值。I华中科技大学硕士学位论文关键字：水轮发电机电磁振动电磁力谐响应双向耦合II华中科技大学硕士学位论文AbstractIntherunningprocessofhydraulicgeneratorvibrationverySeriouswillleadtothegeneratorincreasingwearortear,reducingthegeneratorsafetyproductionli

8、feortherotorrotatingeccentricaffecttheefficiencyofpowergeneration.Eveninsometimetremendouspropertydamag