大型干式潜水电机端部电磁力分析及偏心条件下铁耗的计算-电工理论与新技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 A Dissertation Submitted for the Degree of Master Analysis of Electromagnetic Force on Stator End-Winding and Calculation of Iron Loss with Fault of Eccentricity for Large Dry Submersible Motor By Xiaowei Cheng Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China March, 2014 万方数据 万方数据 致谢 致 谢 本论文的 工作是 在导 师鲍晓华 教授的 精心 指导下完 成的，鲍晓 华 教授严 谨 认真的治 学态度 、科 学的工作 方法和 兢兢 业业的治 学精神 ，给 了我很大 的帮助 和影响， 促使我 不断 的进步。 在此衷 心感 谢鲍晓华 老师对 我的 关心和指 导。 整个硕士 阶段，鲍老 师在学习 方面为 我提 供了许多 便利条 件，并且帮助 我 深入企业 ，在 企业中 促进学习 ；在 科研方 面给我向 导，开发我 的自主研 究能力 ， 更是为我 课题的 开题 和研究都 付出了 大量 的心血；在生活 上也 给我很大 的关心 和帮助 。鲍晓 华老师 在科研方 面有着 自己 独到的见 解，广阔的 知识面 ，不辞 辛 劳的精神 ，以及 提出 了很多建 设性意 见使 我进步很 快。在 此再 次向鲍晓 华老师 表示衷心 的谢意 。 感谢合肥 工业大 学电 机设计室 208 的 全体 人员，他们是 吕强 、吴锋、方勇、 李佳庆、 李福英 、魏 琼、王汉 丰 、狄 冲、 陈志恒 等，感谢 已毕 业师兄 王 瑞男、 刘健、刘冰、盛 海军 、刘谋志 给予的 学习 帮助和生 活关照 ，由 于他们的 有益讨 论及帮助 ，使本 课题 顺利进展 。 感谢合肥 恒大 江 海 泵 业 股份 有 限 公 司 电 机 研 究 院 人 员 的 关 心 和 支 持 ，他 们 在课题和 实验上 给了 我很大的 帮助。 向所有指导过与关怀过我的老师表示深深的谢意。非常感谢你们的无私指导和关 心。同时向所有关怀和支持我的人表达诚挚的谢意。 感谢我的 家人， 他们 的关心和 支持使 我能 够在学校 专心完 成我 的学业。 顺 利走到今天，每一个脚步都离不开他们的印迹。 作者：程 晓巍 2014 年 4 月 I 摘要 摘 要 大型潜水电机在运行过程中，定子端部绕组在端部电磁场的影响下承受强大的电 磁力作用，由此引起的电磁振动是导致端部绕组绝缘磨损及疲劳断裂的主要原因，因 此，研究分析端部绕组上的电磁力在分布，并提出相关的优化方案对于潜水电机的安 全运行具有重要意义。另外气隙偏心是潜水电机的主要故障之一，而且该故障能够恶 化电机各项性能指标,特别是对定子铁耗的影响尤为甚大， 因 此 ， 计 算 偏 心 条 件 下 的铁心损 耗对于 偏心 故障的具 有重要 意义 。本文以大型干式潜水电机为研究对象， 在电磁场有限元分析的基础上，对端部绕组的力学性能进行了优化分析，并且研究了 潜水电机在气隙偏心故障下的铁心损耗。 首先，在麦克斯韦方程的基础上采用分离变量法得出端部绕组磁场的计算公式， 然后通过有限元分析软件建立端部绕组模型，进而分析端部绕组的磁场分布，最后结 合洛伦兹法则，利用局部坐标变换推导出端部绕组斜线段电磁力的计算公式。在此基 础上结合具体算例，通过改变端部锥度角的方法得到不同角度下电磁力的分布，并通 过数值分析软件对其进行仿真，结果表明该方法可有效地改善端部绕组的力学性能， 延长电机使用寿命，为干式潜水电机定子端部绕组的优化设计提供理论依据。 气隙偏心故障是潜水电机主要故障之一，几乎所有的潜水电机都存在着不同程度 的偏心。文章 以干式潜水电机为例，建立气隙偏心条件下的二维电磁场计算模型，利 用有限元方法计算气隙偏心条件下气隙磁密沿空间的变化趋势，对比分析了电机正常 运行和气隙偏心条件下定子齿部磁密和轭部磁密的变化，在电磁场分析的基础上，建 立铁耗分析模型，研究了干式潜水电机不同偏心程度下定子总铁耗随时间的变化关 系，最后基于斯坦梅茨铁耗分离模型计算了不同偏心程度下磁滞损耗、涡流损耗和附 加损耗随时间的变化趋势，所得结论为干式潜水电机气隙偏心的检测提供了理论依 据。 关 键 词：潜水电机； 有限元 方法； 端部 绕组电磁 力； 优 化 设计； 气 隙偏 心； 铁 心损耗 ； II ABSTRACT During the operation of large submersible motor, the end