[发明专利]一种基于无单元方法的大型汽轮发电机磁场特性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电机电磁场计算领域，具体是一种基于无单元方法的大型汽轮发电机磁场特性分析方法。

背景技术

大型汽轮发电机的匝间短路是一种较常见的发电机故障，而要彻底从本质上弄清匝间短路的原因，必须能准备计算出相应的磁场分布，从而为后续的故障诊断做准备。

目前大多数的电机电磁场分析都是基于有限元思想，但是而有限元对单元的依赖性较大，在存在单元畸变时，有限元不能有限解决工程电磁场问题，例如薄片介质，微小气隙和运动线圈等存在时的电磁场问题，这样就导致无法获得确定的故障特征，得出更准确有效的故障判据，影响对汽轮发电机励磁绕组匝间短路的有效分析，进而不能从本质上分析故障产生的原因。

发明内容

本发明提供一种基于无单元方法的大型汽轮发电机磁场特性分析方法，相对于有限元方法不需要网络划分，只需要布置节点即可，可以摆脱有限元法对单元的依赖，具有精度高、计算简单等优点。

一种基于无单元方法的大型汽轮发电机磁场特性分析方法，包括如下步骤：

第一步：简化物理模型

采用以下简化：①忽略定子齿槽效应，认为磁场线垂直进入定子磁路；②认为沿圆周展开后的转子和定子长度相等，即将原扇形求解域简化为矩形；③忽略铁磁材料磁导率的非线性及随温度的变化，认为其为常数；④忽略转子除大齿外的齿槽效应；⑤忽略电机端部效应，将其简化为二维磁场问题，采用实际模型的一半作为求解域；

第二步：确定数学模型

根据物理模型的数学表示布置模型的节点，其中等效转子的半周长度为：πD₂/2，其中D₂为转子外径，转子的外径半周长对应的就是最后简化模型的长度；

根据麦克斯韦方程组，确定物理模型内部、交界面、外边界的数学方程(即数学模型)：

式中，

n：交界面处的法向方向

μ₁、μ₂：隶属于两边不同媒质的磁导率

A1、A2：两边区域的磁势

J_s、电流的实数、复数形式

w：电流的角频率

σ：电导率

j：虚数

矢量磁场的复数形式

第三步：区域分解方法与径向基无单元方法耦合

根据物理模型的不同区域的电磁特性进行区域划分，并将径向基无单元方法应用求解得出要求的径向基函数的系数；

第四步：结果分析

将求解得出的径向基函数的系数代入径向基函数，最终求出要求的点的结果：磁场三维分布以及磁力线分布。

本发明与现有的有限元计算方法相比，优点在于省去了复杂繁琐的网络划分，程序实现更加简便，计算结果更加准确快捷；采用区域分解的方法，大大降低最终联立大方程的维数，更适合并行计算，磁场的计算结果可用于后续的电磁力计算，以及分析电磁力的不平衡性，为判断电机运行故障做准备。

附图说明

图1是含有不同媒质交界面问题的两个区域的交界面模型图；

图2是使用本发明区域分解径向基无单元方法与精确解析解的比较图；

图3是使用本发明区域分解径向基无单元方法对实际模型计算出的磁力线分布图；

图4是使用本发明区域分解径向基无单元方法对实际模型计算出的磁场三维分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了说明本发明方法的精度以及可行性，先做一个数值验证：如图1所示，该模型是含有不同媒质交界面问题的简单模型，通过比较在媒质交界面处的解，来说明方法的准确有效性。