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基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中圆周磁场的分析 摘要 本文主要研究基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中的圆周磁场分析。首先介绍了铁损的概念和分类,接着介绍了电机定子的结构和对称绕组的特点。然后,利用磁场有限元软件分析了圆周磁场对水轮发电机定子铁损的影响,探讨了圆周磁场对不同类型铁损的作用机理和影响程度。最后,结合试验数据分析了圆周磁场对水轮发电机定子铁损试验的意义和应用。 关键词:对称绕组;水轮发电机;定子铁损;圆周磁场分析;有限元法 Abstract Thispapermainlystudiestheanalysisofcircumferentialmagneticfieldinthestatorironlosstestofhydroelectricgeneratorsbasedonsymmetricwinding.Firstly,theconceptandclassificationofironlossareintroduced,andthenthestructureofmotorstatorandthecharacteristicsofsymmetricwindingareintroduced.Then,theinfluenceofcircumferentialmagneticfieldonstatorironlossofhydroelectricgeneratorisanalyzedbyusingmagneticfieldfiniteelementsoftware,andtheactionmechanismandinfluencedegreeofcircumferentialmagneticfieldondifferenttypesofironlossarediscussed.Finally,combinedwithexperimentaldata,thesignificanceandapplicationofcircumferentialmagneticfieldinstatorironlosstestofhydroelectricgeneratorsareanalyzed. Keywords:SymmetricWinding;HydroelectricGenerator;StatorIronLoss;AnalysisofCircumferentialMagneticField;FiniteElementMethod 1.引言 水力发电是一种重要的清洁能源,广泛应用于国民经济各个领域。水轮发电机作为水力发电的核心设备之一,其性能指标的稳定性和可靠性对发电系统的运行至关重要。然而,在长期运行中,水轮发电机定子的铁损问题一直是业界关注的焦点。铁损指的是磁芯内的铁心材料中,因磁场交变产生的涡流损耗和磁滞损耗而导致的能量损失。铁损不仅会使水轮发电机的效率下降,还会对设备的安全稳定运行造成影响,因此对水轮发电机定子的铁损进行深入研究具有重要意义。 基于对称绕组的水轮发电机在磁场分布和磁通密度等方面与非对称绕组的水轮发电机不同,其磁场分布主要受到定子绕组和永磁体磁场的叠加作用。因此,对于基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验,圆周磁场对铁损的影响是值得研究和探讨的问题。 本文旨在通过有限元分析,探究圆周磁场对水轮发电机定子铁损试验的影响机理和影响程度,为亟需解决的定子铁损问题提供一定的理论支持和技术指导。 2.铁损的分类和机理 铁损根据机理分类可分为涡流损耗和磁滞损耗两种类型。 涡流损耗主要发生在导体中,当导体在磁场中运动或磁场发生变化时会产生涡流,导致导体附近产生焦耳热,从而增加了导体的温度。涡流损耗与磁场强度、导体材料、导体形状和尺寸有关,对发电机的绕组、磁芯等部件都可能产生影响。 磁滞损耗是铁心材料中由于磁场反复变化引起的磁化和去磁化过程中产生的能量损失。磁滞损耗与铁心材料的磁化特性、外加磁场频率和幅值等有关。 3.对称绕组的特点 对称绕组是指绕组中的任意相及其对应相数目相等。对称绕组具有以下特点: (1)对称绕组的结构简单,电气性能稳定,制造成本低。 (2)对称绕组的电磁场分布对称,磁通密度分布均匀,磁场调制系数高,电机噪声低。 (3)对称绕组能够减小电机的电磁振动和机械振动,提高电机的运行稳定性。 4.圆周磁场分析 4.1圆周磁场对不同类型铁损的影响 不同类型的铁损对圆周磁场的响应是不同的,对于磁滞损耗即磁性材料循环磁化和去磁化的过程,由于材料的非线性特性,圆周磁场会引起不同程度的损耗,同时也会对材料磁性能力产生影响;在涡流损耗方面,圆周磁场对绕组中的导体产生切向涡流时,导体内部阻力较小,因此涡流损耗也会增加,影响发电机的性能。 4.2有限元模拟分析 为了探究圆周磁场对水轮发电机定子铁损试验的影响程度和机理,本文