基于场路耦合时步有限元法的感应电机瞬态分析
电机的电磁与机械运动瞬态过程是相当复杂的，转子运动瞬态涡流场电磁耦合问题涉及铁磁材料非线性特性、齿槽效应、涡流集肤效应和电流谐波等各种因素，准确计算难度大，因此成为国内外工程电磁场研究领域关心的难点问题。传统基于电路的计算方法过多依赖于电路参数，精确性不够高；随有限元法广泛应用于电工领域，应用时步有限元法计算电机瞬态过程在计算精度方面具有绝对的优势。本文在系统总结现在文献的基础上，针对课题相关的理论和数值算法进行了深入的研究。 首先，着重论述了场路耦合时步有限元瞬态分析问题的四个关键点，分别是运动涡流场坐标选取问题、转子旋转引起的网格滑动协调算法、电机场路耦合方程的建立以及与转子运动方程的耦合求解方法等。定转子分别采用不同的坐标系，只是通过气隙中心线利用插值运动边界法进行耦合连接，建立合适的场路耦合方程实现对电压的加载并间接耦合转子运动方程是现今较为实际有效的方法。 接着本文以一给定感应电机为例建立了其二维场路耦合模型，详细介绍了建模过程，对电机进行了加载额定电压的时谐场计算，得到了合乎实际情况的结果并作了分析，验证了场路耦合模型的正确性。在此基础上简化模型采用场路耦合时步有限元法进行了电机从空载起动到稳定过程的瞬态仿真，求取了磁通密度分布及电密分布图，定转子电流、电磁转矩与转速随时间变化曲线。分析说明了电机在瞬态起动过程中的各种现象，并将其与非正弦供电情况下电机起动到稳定过程进行了分析对比，阐述了电源谐波对电机产生的影响。针对实际问题，从而能有效利用逆变器供电带来的控制多样化优势，减小其带来的危害。
感应电机;瞬态分析;时步有限元;场路耦合;非正弦供电
三峡大学
硕士
电力系统及其自动化
张宇娇
2013
中文
2014-07-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）