大型汽轮发电机定子绕组端部电动力三维有限元计算_胡刚

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1、2013.№2大电机技术1大型汽轮发电机定子绕组端部电动力三维有限元计算1,221,2胡刚，张建涛，李金香（1.水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨150040；2.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）[摘要]本文以一台660MW汽轮发电机为例，详细阐述了汽轮发电机定子端部电动力的计算方法。首先提出了大型汽轮发电机三维端部磁场的有限元数学模型，并按真实形状建立了汽轮发电机定子绕组端部实体模型。计算得到了三相突然短路时出现电流最大时刻的端部磁场分布，在此基础上得到每根定子线棒所受到的端部电动力及单根线棒的电动力分布规律。讨论比

2、较了励磁电流对定子线棒端部电动力的影响，为发电机端部结构设计提供依据。[关键词]汽轮发电机；定子绕组；端部磁场；电动力[中图分类号]TM311[文献标志码]A[文章编号]1000-3983(2013)02-0001-04The3DFEMCalculationofElectromagneticForceontheEndStatorWindingsofLargeTurbo-generator1,221,2HUGang,ZHANGJiantao,LIJinxiang(1.StateKeyLaboratoryofHydro-powerEqu

3、ipment,Harbin150040,China;2.HarbinElectricMachineryCompanyLimited,Harbin150040,China)Abstract:Thispaperpresentedamethodforcalculatingtheforceontheendstatorwindingsbytakinga660MWturbo-generatorforanexample.Firstly,theFEMmathematicmodelforcalculating3Dendfieldoflargeturb

4、o-generatorispresented.Andasolidmodeloftheendofstatorwindingsoftheturbo-generatorisbuiltaccordingtotheactualshape.Throughnumericalcalculatingthedistributionofendfieldatthemomentofthemaximumshortcurrentachievedisgained.Basingonthecalculatingtheforceontheendofstatorwindi

5、ngsandthedistributionoftheforceontheeachbarareobtained.Theeffectoftheexcitingcurrentonthemagneticforceiscomparedanddiscussed,whichprovidessomereferencesforthedesignofthestatorendsupportstructures.KeyWords：turbo-generator;statorwindings;magneticfieldofendregion;electrom

6、agneticforce结构设计等有重要的工程实际意义。前言工程上粗略估算端部电动力分布的方法是把端部汽轮发电机在正常运行情况下，电机端部漏磁场的渐伸线拉直成平行导线来考虑，端部绕组的切向力[1]与定子端部绕组电流相互作用产生交变力，力的大小大小根据电流、槽距和经验系数等进行计算，进而在周期性的变化，其频率为两倍电流频率。线棒端部进行端部结构的设计，这种方法精确度很低，很容易各点的电动力大小和方向各不相同，不同线棒间又不造成材料的浪费。随着研究的深入和计算技术的发展，同，从而引起端部绕组的振动。尤其是当电机的负荷有学者提出用解析的方

7、法，将定子端部绕组等效为数突变或发生故障时，作用在定子绕组上的电动力超过段电流层，利用毕奥-萨伐定律和镜像法，计算空间每额定状态下的100倍以上。因此，定子端部绕组若得一点的磁密和洛仑兹力，最后沿着线棒积分得到总的[2-4]不到很好的固定，就会在运行中造成绝缘磨损、电晕电动力大小。或者用三个平面磁场等效汽轮发电机腐蚀、鼻端断裂等许多故障。而且初期能满足的固定定子端部磁场，用有限元法计算这三个平面磁场，然系统往往由于材料老化或疲劳损伤、固定松弛、磨损后进行叠加，就可得到绕组所处位置的磁场，进而得[5]逐渐恶化，国内外发电机因此已经出现

8、过多起严重事到定子绕组的端部电动力，虽然精度有了很大的提故，所以定子绕组端部电动力成为开发大容量汽轮发高，但不能考虑端部磁场的非线性，具有一定的局限电机过程中一个不可忽视的问题。准确计算定子线棒性。文献[6]虽对汽轮发电机的定子端部电