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1　概述1

1.1　问题的提出1

目录1

1.2　电机内电磁场的数值计算方法2

1.2.1　有限差分法2

1.2.2　有限元法2

1.2.3　体积分方程法3

1.2.4　边界积分方程法3

1.3　电机电磁场数值计算方法的应用与发展4

1.2.5　混合法4

1.3.1　电机端部涡流场计算5

1.3.2　电机端部绕组电动力及电磁振动计算6

1.3.3　电机内温度场计算6

1.3.4　电机定子绕组内部故障计算7

1.3.5　永磁电机性能分析计算9

参考文献10

2.1　三维涡流场的边值问题18

2.1.1　涡流场控制方程18

2 电机三维涡流电磁场计算的理论基础18

2.1.2　边界条件处理20

2.1.3　稳态正弦涡流场的复边值问题21

2.1.4　瞬态涡流控制方程的差分表示22

2.2　复向量场分析的理论基础22

2.3　三维稳态涡流场复边值问题的等价变分26

2.3.1　齐次边界条件下的等价变分原理27

2.3.2　涡流场边值问题的等价变分原理28

参考文献30

3.1 圆柱坐标下各向异性媒质中三维温度场的边值问题31

3 电机三维温度场计算的理论基础31

3.2　温度场的确定性问题33

3.3　各向异性媒质中温度场边值问题的等价变分34

3.4　三维温度场的有限元计算格式37

3.4.1　拱形体单元定义37

3.4.2　单元分析38

3.4.3　边界条件处理40

3.5　温度场计算模型的实例验证42

参考文献44

4　有限元法的前处理技术45

4.1　网格生成技术研究现状46

4.2　有限元网格生成新算法48

4.2.1　新算法的算法基础48

4.2.2　新算法的实现步骤49

4.2.3　含孔区域的处理及在指定位置上布点52

4.2.4　网格加密的实现52

4.2.5　相关问题讨论53

4.2.6　新算法剖分实例与特点54

4.3.1　电机结构参数处理方法56

4.3　前处理的软件实现56

4.3.2　电机数据的输入57

参考文献58

5　发电机安全进相运行数值计算59

5.1　发电机三维行波涡流场数学模型59

5.2　发电机三维行波涡流场边值问题的等价变分问题60

5.3　有限元计算格式62

5.4　定子绕组电流层分析及铁芯等效磁导率的计算65

5.4.1　电流密度的解析表达式66

5.4.2　等效磁导率的计算68

5.5　电磁场计算结果及分析69

5.7　定子铁心与线棒间换热条件的处理71

5.6　定子铁心温度场计算模型71

5.8　热传导系数、散热系数及热源的确定72

5.8.1 热传导系数的确定72

5.8.2　散热系数的确定74

5.8.3　热源的确定76

5.9　定子铁心温度场计算结果及分析77

5.10　定子端部结构件温度场计算及分析81

5.10.1　求解区域的确定81

5.10.3　散热系数和等效热传导系数的计算82

5.10.2　热源计算82

5.10.4　压圈冷却水温度分布规律83

5.10.5　结果分析83

5.11　大容量发电机进相运行分析85

5.11.1　发电机进相运行时内部电磁关系分析85

5.11.2　水轮发电机的无功调节及参数确定87

5.11.3　不同工况下的磁场分布及其变化规律90

5.11.4　不同工况下的温度分布及其变化规律92

5.11.5　水轮发电机稳定性分析94

5.11.6　发电机安全进相运行分析96

参考文献97

6　发电机端部绕组电磁振动数值计算99

6.1　发电机三维瞬态涡流场的计算模型99

6.2　发电机端部瞬态电磁场的数值计算101

6.3　发电机端部绕组电动力计算及振动分析104

6.3.1　端部绕组电动力的计算104

6.3.2　端部绕组振动的数学模型105

6.3.3　发电机定子绕组端部振动的分析109

6.3.4　端部绕组电动力和振动的计算111

6.4　冲击负荷下发电机端部电磁场及绕组振动分析114

参考文献121

7　发电机定子绕组内部故障数值计算122

7.1　通用数学分析模型122

7.1.1　定子绕组内部故障时的电磁方程122

7.1.2　电磁转矩和转子运动方程式127

7.1.3　故障时的回路参数形成127

7.2　发电机回路参数的数值计算129

7.2.1　有限元计算模型129

7.2.2　回路电气参数计算130

7.2.3　计算结果与分析132

7.3 凸极同步发电机定子绕组内部故障仿真与分析136

7.3.1　定子绕组内部故障时的回路稳态方程136

7.3.2　定子绕组内部故障稳态电气量仿真与分析137

7.4　隐极同步发电机定子绕组内部故障仿真与分析140

7.4.1　汽轮发电机回路电气参数计算141

7.4.2　汽轮发电机定子绕组内部故障电气量仿真142

7.4.3　汽轮发电机定子绕组内部故障保护方案研究144

参考文献147

8.1.1　电磁场边值问题的等价变分149

8.1　二维电磁场的有限元模型149

8 同步电机参数和运行性能的数值计算149

8.1.2　有限元离散150

8.1.3　磁通密度与绕组磁链的计算153

8.2　同步电机电磁参数计算153

8.2.1　同步电机电磁场计算模型154

8.2.2　同步电机磁场计算155

8.2.3　同步电机参数计算157

8.3　同步发电机特性曲线的数值计算159

8.3.2　同步发电机特性曲线的计算160

8.3.1　同步发电机磁场计算160

参考文献162

9 鼠笼异步电动机参数和性能的数值计算163

9.1 鼠笼异步电动机电磁特性的计算163

9.1.1　电机参数与性能的计算163

9.1.2　算例165

9.2　集肤效应的有限元通用计算方法166

9.2.1　有限元计算模型167

9.2.2　集肤系数的计算168

9.2.3　计算实例169

9.3.1　有限元法对运动问题的现有处理技术170

9.3　运动有限元法170

9.3.2　插值运动边界法171

9.4　场路耦合时步有限元法计算鼠笼异步电机的启动特性173

9.4.1　基本方程173

9.4.2　系统总体方程175

9.4.3　电磁转矩的精确计算176

9.4.4　算例分析178

参考文献179

10.1.1　直接处理法180

10　永磁电机参数和性能的数值计算180

10.1 电磁场计算中永磁体的数学模型180

10.1.2　等效面电流法181

10.1.3　直接处理法和等效面电流法统一性的证明184

10.1.4　边界等效面电流离散化处理法185

10.2　永磁直流电动机有限元分析187

10.2.1　计及换向过程时电机的动态性能计算188

10.2.2　算例分析190

10.3.1　永磁同步电机场路耦合分析模型191

10.3　永磁同步电动机有限元性能分析191

10.3.2　性能计算194

10.3.3　算例分析195

10.4　无刷直流电动机的有限元性能分析196

10.4.1　无刷直流电动机运行规律分析197

10.4.2　电路拓扑结构与分段电路方程198

10.4.3　各运行区间端电压的确定和单流换流模式转换的判据201

10.4.4　场路耦合时步法分析无刷直流电动机202

10.4.5　算例分析204

参考文献206