專利名稱：一種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)電磁場計算領(lǐng)域，具體是ー種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法。
背景技術(shù)：
大型汽輪發(fā)電機(jī)的匝間短路是ー種較常見的發(fā)電機(jī)故障，而要徹底從本質(zhì)上弄清匝間短路的原因，必須能準(zhǔn)備計算出相應(yīng)的磁場分布，從而為后續(xù)的故障診斷做準(zhǔn)備。目前大多數(shù)的電機(jī)電磁場分析都是基于有限元思想，但是而有限元對單元的依賴性較大，在存在単元畸變時，有限元不能有限解決工程電磁場問題，例如薄片介質(zhì)，微小氣隙和運(yùn)動線圈等存在時的電磁場問題，這樣就導(dǎo)致無法獲得確定的故障特征，得出更準(zhǔn)確有效的故障判據(jù)，影響對汽輪發(fā)電機(jī)勵磁繞組匝間短路的有效分析，進(jìn)而不能從本質(zhì)上分 析故障產(chǎn)生的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，相對于有限元方法不需要網(wǎng)絡(luò)劃分，只需要布置節(jié)點即可，可以擺脫有限元法對單元的依賴，具有精度高、計算簡單等優(yōu)點。ー種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，包括如下步驟第一歩簡化物理模型采用以下簡化①忽略定子齒槽效應(yīng)，認(rèn)為磁場線垂直進(jìn)入定子磁路;②認(rèn)為沿圓周展開后的轉(zhuǎn)子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性及隨溫度的變化，認(rèn)為其為常數(shù)忽略轉(zhuǎn)子除大齒外的齒槽效應(yīng)忽略電機(jī)端部效應(yīng)，將其簡化為ニ維磁場問題，采用實際模型的一半作為求解域；第二步確定數(shù)學(xué)模型根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點，其中等效轉(zhuǎn)子的半周長度為JiD2/2，其中D2為轉(zhuǎn)子外徑，轉(zhuǎn)子的外徑半周長對應(yīng)的就是最后簡化模型的長度；根據(jù)麥克斯韋方程組，確定物理模型內(nèi)部、交界面、外邊界的數(shù)學(xué)方程(即數(shù)學(xué)模型)
權(quán)利要求
1.一種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，其特征在于包括如下步驟 第一步簡化物理模型 采用以下簡化①忽略定子齒槽效應(yīng)，認(rèn)為磁場線垂直進(jìn)入定子磁路；②認(rèn)為沿圓周展開后的轉(zhuǎn)子和定子長度相等，即將原扇形求解域簡化為矩形；③忽略鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性及隨溫度的變化，認(rèn)為其為常數(shù)；④忽略轉(zhuǎn)子除大齒外的齒槽效應(yīng)；⑤忽略電機(jī)端部效應(yīng)，將其簡化為二維磁場問題，采用實際模型的一半作為求解域； 第二步確定數(shù)學(xué)模型 根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點，其中等效轉(zhuǎn)子的半周長度為π 2/2，其中D2為轉(zhuǎn)子外徑，轉(zhuǎn)子的外徑半周長對應(yīng)的就是最后簡化模型的長度； 根據(jù)麥克斯韋方程組，確定物理模型內(nèi)部、交界面、外邊界的數(shù)學(xué)方程內(nèi)部區(qū)域、 · · 穩(wěn)態(tài)為W ^似穩(wěn)態(tài)為- I W 'I SA1 _ I QA2I (I) 內(nèi)部交界面A dn dn 外邊界左、右、下邊界為A=O,上邊界喻=Q y 式中， η :交界面處的法向方向 U 1> U 2 :隸屬于兩邊不同媒質(zhì)的磁導(dǎo)率 Α1、Α2 :兩邊區(qū)域的磁勢 IsJs .電流的實數(shù)、復(fù)數(shù)形式 w :電流的角頻率 O :電導(dǎo)率 j:虛數(shù) A:矢量磁場的復(fù)數(shù)形式 第三步區(qū)域分解方法與徑向基無單元方法耦合 根據(jù)物理模型的不同區(qū)域的電磁特性進(jìn)行區(qū)域劃分，并將徑向基無單元方法應(yīng)用求解得出要求的徑向基函數(shù)的系數(shù)； 第四步結(jié)果分析 將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)代入徑向基函數(shù)，最終求出要求的點的結(jié)果磁場三維分布以及磁力線分布。
2.如權(quán)利要求I所述的基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，其特征在于所述第二步中根據(jù)物理模型的數(shù)學(xué)表示布置模型的節(jié)點具體為根據(jù)模型的各個區(qū)域的電磁特性以及模型的形狀進(jìn)行劃分，相同電磁特性的劃分為一個子區(qū)域，再進(jìn)行均勻布點。
3.如權(quán)利要求I所述的基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，其特征在于所述第三步中區(qū)域劃分的規(guī)則為根據(jù)模型的特性和形狀，將具有相同電磁特性的一塊區(qū)域劃分為一類。
4.如權(quán)利要求3所述的基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，其特征在于所述第三步中將徑向基無單元方法應(yīng)用求解得出要求的徑向基函數(shù)的系數(shù)具體為所述劃分的不同區(qū)域之間通過交界面方程
5.如權(quán)利要求4所述的基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，其特征在于所述第四步中將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)代入徑向基函數(shù)，最終求出要求的點的結(jié)果具體為將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)ak代入
全文摘要
一種基于無單元方法的大型汽輪發(fā)電機(jī)磁場特性分析方法，包括如下步驟第一步簡化物理模型，第二步確定數(shù)學(xué)模型，第三步區(qū)域分解方法與徑向基無單元方法耦合，根據(jù)不同區(qū)域的電磁特性進(jìn)行區(qū)域劃分，并將徑向基無單元方法應(yīng)用求解得出要求的徑向基函數(shù)的系數(shù)；第四步結(jié)果分析，將求解得出的徑向基函數(shù)的系數(shù)代入徑向基函數(shù)，最終求出要求的點的結(jié)果磁場三維分布以及磁力線分布。本發(fā)明的優(yōu)點在于省去了復(fù)雜繁瑣的網(wǎng)絡(luò)劃分，程序?qū)崿F(xiàn)更加簡便，計算結(jié)果更加準(zhǔn)確快捷；采用區(qū)域分解的方法，大大降低最終聯(lián)立大方程的維數(shù)，更適合并行計算，磁場的計算結(jié)果可用于后續(xù)的電磁力計算，以及分析電磁力的不平衡性，為判斷電機(jī)運(yùn)行故障做準(zhǔn)備。
文檔編號G06F19/00GK102855374SQ201110345198
公開日2013年1月2日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者周淼, 邵可然, 黃海舟, 陳孝明 申請人:湖北省電力公司電力科學(xué)研究院, 華中科技大學(xué), 國家電網(wǎng)公司