Analyse av magnetfelt og tap ved enderegionen i direkte vannkjølte generatorer

Abstract

Denne masteroppgaven er en fortsettelse av prosjektoppgaven som ble utført høstsemesteret 2017. I den oppgaven ble det modellert en 2D- og 3D-modell i ANSYS Electronics basert på en av Statkraft AS sine store synkrongeneratorer. Siden ikke alle dataene og tegningene var tilgjengelige fra Statkraft AS, ble noe brukt fra tidligere studier. ANSYS Electronics er et feltberegningsprogram som bruker elementmetoden. 2D- og 3D-modellene ble verifisert for videre bruk i prosjektoppgaven.

I masteroppgaven har B-feltet som treffer enderegionen til statoren i aksiell retning og virvelstrømstapene som oppstår i enderegionen blitt undersøkt og analysert nærmere gjennom simuleringer og utregninger i tre ulike driftsituasjoner. Disse driftsituasjonene er tomgangsdrift, overmagnetisert drift og undermagnetisert drift.

Gjennom ulike målepunkter og målelinjer som har blitt satt på ulike områder på overflaten av enderegionene til statoren har det blitt hentet ut data i form av ulike plott. Det ble gjennom disse plottene funnet at det totale feltet Bz som treffer statoren i aksiell retning er høyest for undermagnetisert drift. Dette ble undersøkt nærmere og grunnen til dette er at vinkelen mellom feltet fra rotorviklingen og statorviklingen er så stor i overmagnetisert drift at de vil ha en demagnetiserende effekt på hverandre, noe som vil føre til at det totale feltet Bz blir svakere. Denne vinkelen er ikke like stor i undermagnetisert drift og dermed vil ikke denne effekten være tilstede i samme grad i denne driftsituasjonen. I noen tilfeller viste det seg at det totale feltet Bz i overmagnetisert drift var lavere enn for tomgangsdrift som bare hare bidrag fra rotorviklingen.

Det ble funnet gjennom plott av strømtettheten at denne er høyest langs sidene og kantene til statortennene. Dette betyr at de induserte virvelstrømmene er høyest her og følgelig vil også de høyeste virvelstrømstapene være her. Grunnen til dette er strømfortrengninsfenomenet.

Det ble også regnet ut virvelstrømstapene for 10 mm av det øverste laget til tre utvalgte statortenner i z-retning. Dette ble gjort for de tre driftsituasjonene. Det ble regnet ut at virvelstrømstapene er høyest for undermagnetisert drift. Gjennomsnittet av utregningene viste at virvelstrømstapene var 16,4 % høyere for undermagnetisert drift sammenlignet med overmagnetisert drift. Den mest ekstreme forskjellen var 21,4 %.