2)图解法当电机磁场处于稳定状况时,其磁场的磁力线分布具有对称的特性。我们可以依据这些特性通过画图将其展示出来(磁力线分布多的地方磁场强,磁力线少的地方磁场弱)。当解析法无法解决电磁场边界形状复杂的情形时,我们可以采用图解法。其原因就在于图解法的直观与形象,但计算结果不精确是图解法的最大劣势。

3)模拟法采用实验的方法来模拟所需求解问题的物理模型:这一方面可以贴近问题的真实情况,另一方面能得到实验数据,从而解决稳态磁场和交变磁场的问题。在我国:1964年,杨丕国教授发表了有关汽轮发电机定子端部绕组磁场和温升的研究[5]。1973年,哈尔滨某电机研究所在杨丕国教授的基础上增加了转子端部与轭部以及定子轭部的磁-热研究。同年,周怀里教授为了确定限制大型汽轮机径向运行的物理量,通过在定子端部设置测温元件和测磁元件,以实验模拟的方法得出了准确结论[6]。从上述事例可以看出:实验模拟的方法虽然能得到准确的结论,但需要花费大量的人力物力。可以说这种方法纷繁复杂,而且收益不大,因此这种方法大多用于现场验证工作。

4)数值解法数值解法是当今最为先进的一种方法。其通过有限元的理念将物理模型划分成若干个有限区域,再使用数学的方法对上万个有限区域建立节点的函数值为未知数的方程。确立完数学模型后再利用计算机来进行模拟,从而得到各节点的函数值。数值解法在计算机技术快速发展的现状下,得到了不断地发展与广泛地应用。

国外方面:1969年,英国学者Chari和Silvester首次通过计算机来对电磁场问题进行有限元的分析[7]。2004年,Karmaker在考虑了深槽效应对同步电机启动具有不可忽视的影响的前提下,采用时步有限元分析的方法研究了该电机的启动性能[8]。

国内方面:1978年,夏平畴教授在清华大学学术讨论会上为我们展示了几幅具有代表性的电机磁场分布图,以此来证明有限元分析法在电磁场研究领域的高效及准确性[9]。2002年,王群京与马飞教授采用有限元分析的方法对某爪形电机进行电磁场的3D模拟,并计算分析了该类电机引入永磁磁钢的改进型电机[10]。2006年,杨波、温嘉斌、高洋等学者采用有限元方法对直线往复式永磁发电机进行电磁场分析,并且模拟了其永磁体在不同位置时电磁场分布情况。所得到的实验结果与其实际情况相符[11]。2011年,梁艳萍、张沛等学者选取某全空冷型水轮电机作为研究对象,采用有限元分析法对其进行三种运行工况下电磁场的数值模拟[12]。

5在电机温度场分析方面

国外方面:1958年,近藤逸夫等学者在日本学术研讨会上提出等效热网络法。其原理是根据网络的拓扑几何结构,采用Turbo原理对其进行温度场的数值模拟[13]。1976年,埃莫尔等专家首次采用有限元法对大型汽轮机的定/转子铁芯进行温度场的数值模拟,这对有限元法在温度场研究的使用和发展中提供了重要的参考价值[14]。1997年,日本学者释迦隆一等人采用有限元法对电机在高速旋转的情况下转子冷却风道的冷却情况进行分析计算[14]。1999年,印度的弥撒。拉贾高尔与其他学者采用有限元法,选取了采用单一的径向冷却的某型电机为研究对象,在对其进行了温度场的模拟后,分析了不同工况下,不同冷却形式所带来的不同参数变化对温度场分布的影响[15]。2000年,A。Goldwitch采用有限元法对电机在稳态工况下的转子进行温度场的数值模拟,通过计算机的模拟精确计算出了稳态工况下的温度场分布情况,并对转子提出改进设计理论。同年,R。Kally在前者的研究基础上对电机转子施加不对称的负载,之后采用有限元法对其温度场进行精确的计算;A。D。Grate在前者的基础上,进一步研究了电机定子绕组的温度场分布情况;两位学者得出的结果为今后电机在运行过程中的故障诊断提供了理论基础[16]。国内方面:1986年,中科院的李德基教授对采用氢气直接冷却的汽轮发电机的转子进行八分之一划分,随后采用等效热网络法对其温度场的分布进行计算分析[17]。1990年,南京东南大学的胡敏强学者采用解析法对汽轮发电机的定子铁芯进行计算,确定了定子各表面的精确换热系数。她也因此成为中国首个采用解析法对定子铁芯表面换热系数进行精确计算的人。从她的研究中得知定子铁芯上的损耗是电机中最多的,但最高的温度点并不在定子铁芯上,于是便采用有限元分析法对定子铁芯的温度场进行了精确计算。同年,上交的杨美伦和张景铸教授选取汽轮机转子的一半(由于其对称的特征)作为研究对象,将定转子绕组的损耗视为热源并作为载荷条件施加到物理模型中,对其进行温度场分布的三维模拟[18]。1992年,哈尔滨理工的张大为和汤蕴缪教授为了研究大型水轮电机在稳定工况时定子最热区域的情况,对边界区域采用三棱柱网格划分方式,并考虑了传热系数的各向异性,采用有限元方法模拟了定子段温度场分布情况[19]。北京交通大学的李伟力教授自1998年开始便从事于电机温度场的研究,范围涉及到水轮发电机、船用发电机以及一些永磁电机。他在电机方面积累了相当多的经验,为我国电机事业的发展贡献了巨大的力量[20]。2003-2004两年间,上海交大的姚若萍、龚晓峰等学者以发电机风扇为研究对象,为了研究风扇对大型异步电机的通风效果以及电机通风结构的合理性,分别使用计算机模拟了带风扇与不带风扇的电机的温度场分布情况,随后通过对比来评判通风效果及冷却风道结构的好坏[21]。2005年,中科院温志伟和顾国标两位教授使用计算机模拟了同步电机混流式冷却与抽风式冷却两种冷却方式下转子的温度场分布。通过比较为电机冷却技术的改善提供有益的结论[22]。

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