电机设计及有限元分析

详细介绍：

  随着电气化和产品智能化水平的提高，电机、变压器以及高低压电器在各种装备和生活中的应用越来越多，电机和电器朝着容量大型化、体积小型化以及智能化的方向发展。现今的电机电器设计面临着更复杂的技术挑战，只有充分运用现代工程仿真技术才能应对这些挑战。

典型应用领域

1） 电磁仿真。电磁仿真在电机电器设计中扮演非常重要的角色，电磁仿真可以预测电磁转换的效率、各个部件的损耗和发热量、电磁力/力矩等参数，是进一步进行热仿真和结构仿真的基础；

2） 电场仿真。随着电器设备容量和工作电压的提高，电场仿真的必要性性更加迫切，电场仿真能够预测设备的绝缘性、放电和击穿的可能性等性能指标；

3） 热仿真。过热会使电机的可靠性降低，甚至于烧毁，因此热分析与热设计在电机电器设计中非常重要，热分析可以优化冷却方案，改善冷却效果。

4） 结构强度、疲劳仿真。利用结构分析软件研究电机电器在机械载荷和热载荷作用下的强度、刚度、振动和疲劳寿命，可提高设备的可靠性。

5） 噪声分析。模拟结构振动噪声和电磁噪声。 

 电磁仿真

 稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产生的磁场等

 谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机

 瞬态磁场分析: 激励随时间无规律变化

 混合励磁车用发电机

三维电磁场有限元网格

发电机永磁励磁的磁密分布

转子磁感应强度矢量左视图              

转子磁感应强度矢量右视图

定子磁感应强度矢量值

定子磁场强度标量值         

定子磁场强度矢量值

 转子磁场强度矢量

 通过温度场计算,得到电机整机或部件的温度分布、热量的获取和损失、热梯度、热流密度等.

稳态温度场分析:热源不随时间变化

瞬态温度场分析:热源随时间变化

定子铁心与机座温度分布

 上机架和定子温度分布

 

 电机流场分析

电机结构分析

部件刚强度计算

接触应力计算
固有频率计算
动态响应计算
临界转速计算

电机结构有限元模型

高速发电机转子轴应力计算

发电机转子轴应力计算

定子和上机架联合计算

序号	工 况	载     荷
1	起吊运输工况	自重
2	正常运行工况	额定扭矩，正常运行工况 磁拉力，自重，温升
3	半数磁极短路	半数磁极短路磁拉力 自重，温升
4	地震工况	地震加速度

正常运行工况结构综合应力       

正常运行工况结构径向变形

半数磁极短路工况结构综合应力               

半数磁极短路工况结构径向变形

 下机架有限元模型图 

 结构应力分布云图 

载荷:水推力、机组转动、部分总重量

定子铜环引线结构强度计算 

   循环对称模型

 定子铜环引线结构整体应力分布 
短路工况,铜环引线发热

定子铜环引线支架应力分布       定子铜环引线结构变形分布 

主轴法兰强度分析 

  发电机最大容量时主轴法兰应力强度        

发电机半数磁极短路工况时主轴法兰应力强度 
联轴器应力和紧量计算

汽轮发电机转子齿头和槽楔应力计算

   计算模型                                应力分布

发电机端部振动模态分析

俄制500MW汽轮发电机定子端部振动模态分析

电磁干扰力下的定子振动

   定子铁心的各个部位响应值曲线

临界转速计算 

传递矩阵法计算

有限元法计算

来源：高效电机及系统节能