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交流电机故障后电磁场的分析

作　者: 石开翔
导　师: 马宏忠
学　校: 河海大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 交流电机 有限元法 电磁场 Ansoft软件 集肤效应 故障
分类号: TM34
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


电机是电力系统中最为关键的基础设备,它的运行可靠性对整个系统的安全和稳定起着至关重要的作用。所以,精确计算它的各项性能具有重要的意义。当电机运行时,电机内的电磁场在不同的媒质中的分布、变化以及与电流的交链情况,决定了电机的运行状况和性能。因此,研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。 本文采用有限元法作为分析电机电磁场的理论依据,运用Ansoft软件作为分析和仿真的工具。有限元法是目前电气工程中解决电磁场分布边值问题的强有力的方法。在目前的电机性能分析以及其它领域的电磁场问题计算中,几乎无一例外的全部采用了数值计算方法中的有限元法或与之相关的计算方法。而有限元法的前处理过程,是有限元法分析相当关健的步骤,它关系到求解的精度、效率以及计算机资源的占有。而前处理中的网格剖分,又是前处理过程中的重点内容。网格的自动剖分,是目前有限元方法研究的热点之一。 传统的对于电机内部故障的分析主要针对电机在稳定运行状态下,内部故障后各电流、电压信号的变化情况来进行的。而本文主要是对电机电磁场参数的变化,即运用场的方法,来对电机的运行状况进行分析和对比,判断电机是运行在正常、还是故障状态。通过电磁场来对电机进行故障和健康诊断,是电机学中一个较新的课题。 本文在Ansofl软件的环境下,建立电机的物理模型,然后仿真和分析电机在正常和故障情况下的电磁场状况。准确的建立电机的物理模型是分析的基础,本文采用Ansofl软件的Rmxprt模块来建立精确的电机物理模型;运用Ansoft 2D Transient模块来仿真和分析电机内部的电磁分布。通过对仿真计算结果的解后处理,来对电机进行故障和健康诊断。除此而外,还运用该软件仿真和分析鼠笼电机在启动时的电磁场和集肤效应。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-14
  1．1 本课题的研究意义  8-9
  1．2 国内外研究现状  9-12
  1．3 本文的安排及工作  12-14
第二章 有限元法及其在电磁场数值计算中的应用  14-21
  2．1 有限元法的基本概念  14
  2．2 有限元法的基本原理  14-15
  2．3 有限元法的求解步骤  15-20
    2．3．1 有限元的前处理  16-19
    2．3．2 有限元的求解  19
    2．3．3 有限元的解后处理  19-20
  2．4 电机电磁场的有限元计算  20
  2．5 本章小结  20-21
第三章 时变电磁场的有限元分析  21-33
  3．1 正弦时变电磁场的有限元分析  21-31
    3．1．1 电磁场的基本方程  21-24
    3．1．2 电磁场的条件变分问题  24-26
    3．1．3 剖分插值离散  26-28
    3．1．4 单元分析和总体合成  28-31
  3．2 边界条件的处理  31-32
  3．3 本章小结  32-33
第四章 交流电机内电磁场分析方法  33-46
  4．1 单个线圈的电磁场分析  33-38
    4．1．1 单个线圈产生的气隙磁通势  33-35
    4．1．2 单个线圈产生的气隙磁场  35-36
    4．1．3 定子支路电感计算  36-38
  4．2 异步电机集肤效应的有限元分析  38-42
    4．2．1 集肤效应计算模型  39-40
    4．2．2 集肤效应的仿真分析  40-42
  4．3 电机运动问题的时步有限元法  42-44
    4．3．1 运动有限元问题的研究现状  42-44
    4．3．2 鼠笼式异步电机启动的时步有限元法仿真分析  44
  4．4 电机电磁场的逆问题  44-45
  4．5 本章小结  45-46
第五章 电机电气故障电磁场分析  46-70
  5．1 前言  46
  5．2 Ansoft软件简介  46-47
  5．3 交流感应电机的瞬态理论  47-49
    5．3．1 对称运行时电机的瞬态模型  47-48
    5．3．2 不对称运行时感应电机的瞬态模型  48
    5．3．3 不对称短路时的状态方程  48-49
  5．4 仿真计算用的电机模型  49-52
  5．5 正常情况下电机的磁场仿真  52-53
  5．6 A相匝间短路情况下电机的磁场仿真与分析  53-60
  5．7 转子断条情况下电机的磁场仿真与分析  60-65
  5．8 转子偏心情况下电机的磁场仿真与分析  65-68
  5．9 本章小结  68-70
第六章 结论与展望  70-72
  6．1 全文总结  70-71
  6．2 后续工作展望  71-72
参考文献  72-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机
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