分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法及系統(tǒng)，所述方法包括如下步驟：建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型；設(shè)置上述各部分的材料屬性；對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系；將所述發(fā)電機(jī)模型平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫；對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分；利用上述模型進(jìn)行仿真，分析接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系。本發(fā)明可以分析定子鐵心疊片接縫對(duì)電機(jī)磁通的分布影響，有助于動(dòng)態(tài)地分析電機(jī)疊片接縫不均勻?qū)е麓艌?chǎng)分布變化，進(jìn)而在轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)軸電壓的現(xiàn)象，提高了分析研究軸電壓的精確程度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)，尤其是一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨自勵(lì)晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，汽輪發(fā)電機(jī)增加了 一種相當(dāng)大的高頻軸電壓源，軸電壓?jiǎn)栴}的分析、防護(hù)的問(wèn)題變得更加復(fù)雜?，F(xiàn)有分析方法包括:采用磁路的基爾霍夫定律進(jìn)行分析；或者，結(jié)合疊片接縫數(shù)量與電機(jī)極對(duì)數(shù)比值對(duì)軸電壓的影響，采用公式2k / P進(jìn)行分析:當(dāng)2k / P (k表示定子鐵心碟片接縫數(shù)，P表示磁極數(shù))經(jīng)過(guò)約分化簡(jiǎn)后，分子為奇數(shù)，則產(chǎn)生軸電壓，分子為偶數(shù)不產(chǎn)生軸電壓，該法則在后續(xù)研究中得到廣泛引用。
[0003]然而，由于安裝、運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，電機(jī)疊片接縫間隙不可能完全相同，很容易出現(xiàn)疊片接縫的不均勻問(wèn)題，導(dǎo)致磁路磁阻的不對(duì)稱，引起磁場(chǎng)分布變化，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這種磁場(chǎng)分布又呈現(xiàn)出周期性交替，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一周重復(fù)一次，磁場(chǎng)分布的周期性交變進(jìn)一步在轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)軸電壓，因此疊片接縫一磁場(chǎng)一軸電壓三者之間存在著不可分割的聯(lián)系。
[0004]而現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法動(dòng)態(tài)、精確地分析不均勻接縫對(duì)軸電壓造成的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:提供一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題。
[0006]技術(shù)方案:一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法，包括如下步驟:
51、建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成；
52、設(shè)置上述各部分的材料屬性；
53、對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系；
54、將所述發(fā)電機(jī)模型的定子鐵心平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫；
55、對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分；
56、利用上述模型進(jìn)行仿真，分析不均勻接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系。
[0007]所述S3進(jìn)一步為:選擇轉(zhuǎn)子磁極平面上的任一對(duì)焦點(diǎn)作為面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，捕捉一頂點(diǎn)后確定X軸的方向。
[0008]步驟S6中的所述仿真包括:靜電場(chǎng)仿真、靜磁場(chǎng)仿真、時(shí)變電場(chǎng)仿真、時(shí)變磁場(chǎng)仿真、渦流場(chǎng)仿真、瞬態(tài)場(chǎng)仿真以及溫度場(chǎng)仿真。
[0009]一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的系統(tǒng)，包括，用于建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型的模塊，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成； 用于設(shè)置上述各部分的材料屬性的模塊；用于對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系的模塊；用于生成接縫的模塊，該模塊用于將所述發(fā)電機(jī)模型的定子鐵心平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫；用于對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的模塊；用于利用上述模型進(jìn)行仿真，以分析不均勻接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系的模塊。
[0010]有益效果:本發(fā)明可以分析定子鐵心疊片接縫對(duì)電機(jī)磁通的分布影響，有助于動(dòng)態(tài)地分析電機(jī)疊片接縫不均勻?qū)е麓艌?chǎng)分布變化，進(jìn)而在轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)軸電壓的現(xiàn)象，提高了分析研究軸電壓的精確程度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法主要包括如下步驟:
S1、建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成。
[0013]S2、設(shè)置上述各部分的材料屬性。
[0014]S3、對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系；選擇轉(zhuǎn)子磁極平面上的任一對(duì)焦點(diǎn)作為面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，捕捉一頂點(diǎn)后確定X軸的方向。
[0015]S4、將所述發(fā)電機(jī)模型的定子鐵心平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫。
[0016]S5、對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分。
[0017]S6、利用上述模型進(jìn)行仿真，分析接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系；包括:靜電場(chǎng)仿真、靜磁場(chǎng)仿真、時(shí)變電場(chǎng)仿真、時(shí)變磁場(chǎng)仿真、渦流場(chǎng)仿真、瞬態(tài)場(chǎng)仿真以及溫度場(chǎng)仿真；通過(guò)上述仿真可以用來(lái)分析電機(jī)、傳感器、變壓器、永磁設(shè)備、激勵(lì)器等電磁裝置的靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、正常工況和故障工況的特性。
[0018]本發(fā)明的分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的系統(tǒng)主要包括:用于建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型的模塊，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成；
用于設(shè)置上述各部分的材料屬性的模塊；用于對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系的模塊；用于生成接縫的模塊，該模塊用于將所述發(fā)電機(jī)模型平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫；用于對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的模塊；
用于利用上述模型進(jìn)行仿真，以分析不均勻接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系的模塊。
[0019]采用上述方法和系統(tǒng)建立的發(fā)電機(jī)模型包括定子鐵心1、定子繞組2、轉(zhuǎn)子鐵心3、轉(zhuǎn)子磁極4、定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙5以及邊界6。定子鐵心1、定子繞組2和定子鐵心之間的接縫7組成定子。疊片接縫處的氣隙無(wú)限窄，通過(guò)布爾運(yùn)算，將定子鐵心沿X軸對(duì)稱分離并下移0.5mm,再將右邊接縫做布爾交集運(yùn)算擴(kuò)大至Imm ;轉(zhuǎn)子鐵心3和轉(zhuǎn)子磁極4組成轉(zhuǎn)子；定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙5無(wú)限小，發(fā)電機(jī)處于邊界6范圍內(nèi)。定子鐵心1、定子繞組2、轉(zhuǎn)子鐵心3、轉(zhuǎn)子磁極4以及邊界6的材料屬性按照每一部分的材料要求找到相應(yīng)的材料，添加相應(yīng)的屬性，例如B-H曲線，硅鋼片材料的密度等創(chuàng)造新的材料以滿足要求，使結(jié)果盡可能準(zhǔn)確。
[0020]由于轉(zhuǎn)子磁極4是不斷旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，面坐標(biāo)系隨之旋轉(zhuǎn)，以便于對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。用面坐標(biāo)系對(duì)每一永磁體進(jìn)行定向的具體過(guò)程為:選中轉(zhuǎn)子磁極平面上的任一對(duì)焦點(diǎn)作為面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，捕捉面的另一個(gè)頂點(diǎn)后確定X軸的方向。每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極都做這樣的操作。通過(guò)本發(fā)明，可以比較直觀看出定子鐵心疊片接縫對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)分布產(chǎn)生了影響，尤其是磁力線在轉(zhuǎn)子鐵心處接縫處出現(xiàn)斷裂的分布明發(fā)生了明顯的變化的情況。
[0021]針對(duì)軸電壓產(chǎn)生的不同機(jī)理，可以采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，如:加強(qiáng)汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的軸密封性；防止蒸汽泄漏而在軸上積聚的靜電荷；對(duì)于磁路不對(duì)稱引起的軸電壓，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免所有的不對(duì)稱，裝配中避免偏心；對(duì)于軸向磁通引起的軸電壓，需對(duì)磁化的部分進(jìn)行退磁，在所有可能的磁通路上設(shè)置一定厚度的低導(dǎo)磁性能的材料等。
[0022]總之，本發(fā)明具有模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、性能良好、具有一定精度，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0023]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]另外需要說(shuō)明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。
【權(quán)利要求】
1.一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成； 52、設(shè)置上述各部分的材料屬性； 53、對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系； 54、將所述發(fā)電機(jī)模型的定子鐵心平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫； 55、對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分；； 56、利用上述模型進(jìn)行仿真，分析不均勻接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法，其特征在于，所述S3進(jìn)一步為:選擇轉(zhuǎn)子磁極平面上的任一對(duì)焦點(diǎn)作為面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，捕捉一頂點(diǎn)后確定X軸的方向。
3.如權(quán)利要求1或2所述的分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的方法，其特征在于，步驟S6中的所述仿真包括:靜電場(chǎng)仿真、靜磁場(chǎng)仿真、時(shí)變電場(chǎng)仿真、時(shí)變磁場(chǎng)仿真、渦流場(chǎng)仿真、瞬態(tài)場(chǎng)仿真以及溫度場(chǎng)仿真。
4.一種分析接縫對(duì)發(fā)電機(jī)軸電壓影響的系統(tǒng)，其特征在于，包括 用于建立定子鐵心疊片不分縫的發(fā)電機(jī)模型的模塊，該發(fā)電機(jī)模型包括轉(zhuǎn)子模型和定子模型，所述定子模型由含定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子模型由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成； 用于設(shè)置上述各部分的材料屬性的模塊； 用于對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極建立面坐標(biāo)系的模塊； 用于生成接縫的模塊，該模塊用于將所述發(fā)電機(jī)模型的定子鐵心平均分成兩半并相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離，對(duì)一側(cè)的接縫做布爾運(yùn)算，使縫隙擴(kuò)大至第二預(yù)定距離，以在相差180°的位置形成不均勻的接縫； 用于對(duì)上述有接縫的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的模塊； 用于利用上述模型進(jìn)行仿真，以分析不均勻接縫與發(fā)電機(jī)軸電壓的關(guān)系的模塊。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103886206SQ201410114953
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】代佳佳, 王宏華, 王成亮, 譚超 申請(qǐng)人:河海大學(xué)