利用发电机空载特性曲线的不平衡磁拉力分析方法

徐 永，李朝晖

(华中科技大学水电与数字化工程学院，武汉 430074)

1 引言

对于水电机组轴系整体动力特性而言，不平衡磁拉力作为边界激励力作用于发电机转子。过去的文献在轴系动力特性分析中常利用单边磁拉力公式计算不平衡磁拉力，不平衡磁拉力的作用因而被简化为一个负刚度系数[1-5]。这种处理方式最大的优点是简洁，在自振特性分析中能较好的反应不平衡磁拉力的影响。但由于未考虑非线性、励磁强度及饱和效应等因素的影响，在响应分析中仍有较大的局限性[6]。

使用有限元方法求解不平衡磁拉力能考虑更多的影响因素，获得更好的求解精度[7-10]，是研究不平衡磁拉力特性的最有力工具。然而，由于在轴系响应分析中需要反复计算不平衡磁拉力，利用有限元方法计算不平衡磁拉力因为计算量过大而难以实现。对于以轴系整体动力特性为分析目标的研究而言，采用分析方法计算不平衡磁拉力更为合适，已有许多学者对不平衡磁拉力的分析方法进行了探讨。如郭丹等[11]在忽略磁饱和效应影响时，将气隙磁导展成傅里叶序列，得到任意极对数三相电机的不平衡磁拉力分析表达式。曲凤波[12]利用有限元方法的求解结果及不平衡磁拉力特点总结了不平衡磁拉力计算的经验公式。Ohishi等[13]利用铁磁材料磁化曲线，建立气隙磁密随励磁电流、偏心气隙变化的关系式，以此求解不平衡磁拉力。Perers等利用磁路计算理论逐段磁路计算求得定转子圆周上的气隙磁密，求解不平衡磁拉力。……