大型汽轮发电机端部磁场有限元分析

"发电机端部磁场的有限元分析(I) (1982年)"，这篇论文由胡显承、姚若萍、肖达川和陈巫璋共同完成，发表在清华大学学报第22卷第3期。文章探讨了在电机工程中，特别是大型汽轮发电机设计和运行中遇到的重要问题——端部磁场和由此导致的局部过热。通过引入矢量位和标量位的概念，作者将电机端部磁场问题转化为复方程的边值问题，并运用有限元分析方法进行解决。 在论文的第一部分，作者们提出了基本的物理假设，并建立了数学模型。他们将电机端部分为两部分：产生涡流的导电介质区（使用矢量磁位Ao表示）和非涡流区（采用标量磁位ø）。这种分区方法简化了复杂问题，减少了计算变量的数量，降低了计算工作量。同时，论文证明了采用Galerkin形式的复方程边值问题存在唯一解，并讨论了有限元解的收敛性。 在第二部分，论文介绍了有限元逼近和计算方法。使用等参四边形单元来构建离散模型，这种技术有助于提高计算精度。论文还考虑了端部绕组电流的等效电流层替代和圆锥角的影响，对变分形式的复方程进行离散化处理，同时证明了这种方法的收敛性。 与之前的研究相比，这篇论文的物理模型更加合理，数学分析也更为详尽。尽管1976年奥田宏史的工作通过有限元法取得了较好结果，但其计算过程复杂，需要大量内存和较长计算时间。而本研究则优化了这一过程，使得计算可以在一般中小型计算机上进行，计算时间减少到前者的三分之一。 作为实际应用的案例，研究团队在DJS6912机上（64K内存，计算速度约十余万次/秒）对一台十万千瓦汽轮发电机进行了计算，所得结果与实测数据基本吻合，验证了理论分析和计算方法的有效性。 这篇论文在发电机端部磁场的有限元分析领域做出了显著贡献，不仅提供了一种更为高效且精确的计算方法，还为解决实际工程问题提供了理论支持。这项工作对于优化大型汽轮发电机的设计和运行，减少端部损耗，防止局部过热具有重要意义。