汽轮发电机稳定运行时定子端部绕组应力分析

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1、研究与开发汽轮发电机稳定运行时定子端部绕组的应力分析孔维星李娟(北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要针对汽轮发电机定子端部绕组电磁振动的问题，以稳定运行状态时发电机定子端部绕组为对象，采用三维有限元法对端部绕组应力分布进行了理论研究。首先根据端部绕组的真实结构建立定子端部绕组的三维模型。然后，在圆柱坐标系下分析当A相绕组中的电流最大时，其上下层线棒所受电磁力密度分布，并且根据矢量微分控制方程以及相应的边界条件，分析了定子端部绕组电磁场的分布情况，最后，得到了端部绕组中出现最大应力的位置以及最大变形幅值，这为发电机定子端部绕

2、组结构设计和维护提供相应依据。关键词：端部绕组；应力分布；正常运行；三维有限元方法；电磁力AnalysisofStressontheEndStatorWindingsofTurbo·generatorduringSteadyStateOperationKongWeixingLiJuan(SchoolofAutomationBeijingInformationScience&TechnologyUniversity,Beijing100192)AbstractAccordingtotheproblemsofvibrationproduce

3、dbyelectromagneticforceofendwindinginturbo-generator，thispaperaimstoanalyzethestressonthestatorendwindingsduringsteadystateoperationbyathree-dimensionalfiniteelementmethod．Firstly,a3一Dmodeoftheendofstatorwindingsoftheturbo—generatorisbuiltaccordingtotheactualstructure．Th

4、roughnumericalcalculatingthedistributionofelectromagneticforcedensityofendfieldatthemomentofthemaximumcurrentofAphasewindingachievedisgainedincylindricalcoordinatesystem．Thentheelectromagneticfieldintheendregionwasanalyzedbasedonthegoverningequationsandtheboundaryconditi

5、ons．Basingonthecalculatingpositionofmaximumandmaximumdeformationamplitudeonthestatorwindingsareobtained，whichprovidessomereferencesforthedesignandmaintenanceofthestatorendsupportstructures．Keywords：endwindings；stressdistribution；steadystateoperation；three—dimensionalfini

6、teelementmethod；electromagneticforce随着汽轮发电机单机容量的不断增大，定子端象。文献[3．4]通过相关的电磁场方程，建立汽轮发部绕组所受的电磁力也随之增大，尤其是端部绕组电机定子端部绕组内外层线圈电磁场的统一表达没有固定好的情况下，会因电磁力引发的振动加速式，分析了端部绕组整体结构的振动特性。或者通绕组线棒绝缘的磨损，严重的话可能造成端部绕组过对汽轮发电机定子端部绕组不同位置处线棒进行短路，引发一系列的事故，带来巨大的经济损失l1]。了轴向、径向、切向电磁力的分析，得到了线棒所因此，定子端部绕组所受的

7、电磁力和应力变成了一一受电磁力的极值点分布情况J，虽然从整体角度分个不可忽视的工程问题。析了定子端部绕组各个部位处的受力情况，但这些考虑到端部绕组结构和边界条件的复杂性_2】，都是将实际的定子端部绕组结构进行简化得出的结端部绕组电磁场的计算已经成为一个重要的研究对论，具有一定的局限性。文献[6]虽然按照汽轮发电国家自然科学基金项目资助项目(51147001)2016年第4期电

8、_薯技琳f29研究与开发机定子端部绕组真实模型建立了有限元模型，分析1)不考虑位移电流的影响，同时忽略绕组电流讨论了三相短路情况下，绕组线棒的电动力变化情中的高次

9、谐波；况，但不能给出线棒具体各处受力、振动的情况。2)认为同层线棒的形状大小相同，且具有相同文献[7]通过毕奥萨格尔定律和3D有限元2种方法的材料结构。计算了端部绕组电磁力分布情况，对比分析可知如考虑在端部