Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи
1.1. Тенденции турбогенераторостроения 7
1.2. Обзор методов расчёта параметров и характеристик неявнополюсных синхронных машин 11
1.3. Математическое моделирование магнитного поля 20
1.3. Выводы и постановка задачи 28
Глава 2. Численное моделирование магнитного поля в проводящем кольце
2.1. Уравнение в конечных разностях для расчёта магнитного поля в проводящем кольце 30
2.2. Алгоритм распараллеливания при использовании конечно- -разностного метода 37
2.3. Исследование эффективности реапизации метода конечных разностей на примере расчёта квазистационарного магнитного поля в проводящем кольце 50
2.4. Выводы и результаты 60
Глава 3. Численное моделирование магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора
3.1. Расчётная модель для определения магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора 61
3.2. Расчет магнитного поля в режиме холостого хода и в режиме нагрузки 77
3.3. Алгоритмы расчета величин, определяющих рабочий режим 101
3.4. Выводы и результаты 118
Глава 4. Проверка адекватности расчётной модели
4.1. Расчёт характеристик и синхронных индуктивных сопротивлений турбогенераторов 119
4.2. Экспериментальные исследования турбогенератора Т-25-2УЗ 136
4.3. Выводы и результаты 144
Основные результаты и выводы 145
Литература 147
Приложение
- Обзор методов расчёта параметров и характеристик неявнополюсных синхронных машин
- Алгоритм распараллеливания при использовании конечно- -разностного метода
- Расчет магнитного поля в режиме холостого хода и в режиме нагрузки
- Экспериментальные исследования турбогенератора Т-25-2УЗ
Введение к работе
Актуальность темы. На освоение новых типоразмеров турбогенераторов требуется длительный период исследований, разработки, подготовки производства. Срок службы турбогенераторов в среднем 25 - 30 лет. Всё это свидетельствует о важности решений, принятых при проектировании турбогенераторов, которые предопределяют научно-технический уровень и технико-экономические показатели электроэнергетических систем на несколько десятилетий вперёд.
Главной проблемой при моделировании электрических машин остаётся воспроизведение магнитного поля, точное знание которого позволяет впоследствии перейти к расчёту характеристик и параметров машины. Расчёт магнитных полей численными методами сопровождается решением систем уравнений с большими затратами машинного времени. Однопроцессорная структура ЭВМ имеет предел, определяемый скоростью распространения электрического сигнала по физическим линиям связи.
Расширить возможности вычислительного эксперимента позволяют многопроцессорные вычислительные системы, которые работают по принципу распределения всего объёма вычислительных работ между одновременно работающими процессорами.
Большинство алгоритмов, реализующих последовательные вычисления, допускают многовариантное распараллеливание, но при этом необходимо обеспечить решение задачи за минимальное время с соблюдением условий по точности результатов и устойчивости вычислительного процесса.
Главной особенностью многопроцессорных вычислительных систем является возможность решать задачи большей размерности за достаточно короткое время, что увеличивает практическую ценность расчёта полей.
Целью работы является разработка ускоренных методов расчёта магнитных полей, характеристик и индуктивных параметров турбогенераторов в установившихся режимах и создание на основе этих методов программ, позволяющих достаточно точно и с наименьшими затратами машинного времени производить соответствующие расчёты. Задачами представленной диссертационной работы являются:
Разработка алгоритма реализации метода конечных разностей (МКР) на многопроцессорной вычислительной технике и выбор наиболее эффективной схемы соединения процессоров.
Создание расчётной модели и алгоритма определения магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора с использованием многопроцессорной вычислительной техники.
Разработка методов расчета характеристик и индуктивных параметров турбогенераторов в установившихся режимах на основе исследования магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора.
Создание программ, позволяющих определять магнитные поля, характеристики и индуктивные параметры турбогенераторов на основе полученных расчётной модели и алгоритмов.
Проведение расчетов и исследований магнитных полей, характеристик и параметров турбогенераторов для проверки адекватности расчётной модели.
Методы исследования. Для задач расчёта магнитного поля использовался метод конечных разностей. Исследования проводились на многопроцессорной вычислительной технике. Кривые намагничивания ферромагнитных материалов представлены с помощью кусочно-линейной аппроксимации. Для исследования кривой магнитной индукции в рабочем зазоре использовалась теория рядов Фурье.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана расчётная модель для определения магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора, ориентированная на многопроцессорную вычислительную технику, учитывающая геометрические размеры машины, насыщение различных участков магнитной цепи.
Разработан алгоритм реализации МКР на многопроцессорной вычислительной технике.
Разработаны методы расчёта установившихся режимов турбогенераторов на основе решения полевой задачи.
Практическая ценность работы заключается в возможности применения разработанной программы на стадии проектно-конструкторских и поверочных расчётов турбогенераторов. Проведённые расчётные исследования
5 и сравнение с имеющимися опытными данными показали достаточную точность при значительном сокращении времени вычислений, достигнутом за счёт распараллеливания вычислительного процесса.
Апробация работы Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных научно- , технических конференциях "VIII Бенардосовские чтения" (г. Иваново, 1997 г.); "X Бенардосовские чтения" (г. Иваново, 2001 г.); "XI Бенардосовские чтения" (г. Иваново, 2003 г.); на ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов вузов России (г. Москва, 1998 г., г. Москва, 2004 г.); на межвузовском научном семинаре по электротехнике (г. Иваново, 1998 г.), на заседаниях кафедры электромеханики ИГЭУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 159 страниц. Имеется 57 рисунков, 25 таблиц. Список использованной литературы включает 105 наименований.
Обзор методов расчёта параметров и характеристик неявнополюсных синхронных машин
Современное крупное турбогенераторостроение идет по пути увеличения единичной мощности машины в силу того, что это дает снижение удельных затрат как в электромашиностроении, так и в смежных отраслях промышленности. В турбогенераторостроении это возможно лишь за счет применения новых материалов и повышения линейных токовых нагрузок, так как возможность увеличения линейных размеров весьма ограничена условиями механической прочности роторов и бандажных колец. Обусловленное ростом единичных мощностей турбогенераторов (неявнополюсных синхронных машин) увеличение их электромагнитных нагрузок сделало особенно важной проблему создания уточненных методов расчета магнитного поля, так как именно его картина и значения величин, характеризующих поле, определяют характеристики и параметры машины.
Параметры турбогенераторов, а именно индуктивные сопротивления обмоток и индуктивные сопротивления взаимоиндукции, оказывают значительное влияние на характер процессов в машине, их статическую и динамическую устойчивость. Особенно важную роль оказывают параметры на качество переходных режимов при внезапном коротком замыкании, при сбросе и набросе нагрузки.
Параметры позволяют составить схему замещения электрической машины, по которой можно рассчитать токи, потери в различных токоведущих частях, электромагнитный момент. Для каждого режима существует соответствующая ему схема замещения, позволяющая исследовать работу турбогенератора в этом режиме. При переходных процессах схема замещения позволяет рассчитать потери в различных частях электрических машин, что важно для оценки статической и динамической устойчивости машины.
Существующие методы расчета характеристик и индуктивных параметров можно разделить натри группы [851:, 1) методы, в которых для определения синхронного индуктивного сопротивления по продольной оси Xd и поперечной оси xq используется характеристика холостого хода; 2) методы, в которых используется диаграмма МДС; 3) методы, основанные на картине результирующего поля.
В методах первой группы при учете влияния насыщения на индуктивные сопротивления используются так называемые коэффициенты насыщения, определяемые с помощью характеристики холостого хода. Например, такой подход принят в работах Титова В.В., Хуторецкого Г.М. [72]. Основной недостаток этих методов состоит в том, что в качестве кривой намагничивания используется характеристика холостого хода, которая не отражает насыщения в поперечной оси неявнополюсной синхронной машины (НЯСМ).
В работах Лютера Р.А. [39, 40] влияние насыщения на индуктивные параметры учитывается при замене характеристики холостого хода спрямленной характеристикой, проведенной через точку рабочего потока, с помощью которой затем определяются коэффициенты насыщения по продольной и поперечной осям.
В методах второй группы используется диаграмма МДС. Режим нагрузки (I, cos ф ), соответствующий заданному току возбуждения и напряжению, определяется методом последовательных приближений, либо рассчитывается ряд режимов при различных значениях I и cos ф. Основные допущения при этом подходе: 1) процессы электромеханического преобразования энергии определяются основной гармонической магнитной индукции в зазоре; 2) влияние зубчатости поверхностей статора и ротора учитываются коэффициентом Картера; 3) пренебрегается влиянием потоков рассеяния ротора; 4) пренебрегается активным сопротивлением обмотки статора Ra=0, а индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора принимается неизменным при изменении нагрузки; 5) машина принимается бесконечно длинной.
Перечисленные допущения были сформулированы более 50 лет назад при создании основ современной теории электрических машин и изложены с наибольшей полнотой в работах Рихтера Р. [57] и Лютера Р.А.[39].
В ряде работ Цирлина Ю.Л. и, в частности, в [81] опытным и расчетным способом исследованы индуктивные параметры и угловые характеристики синхронных машин. Расчётным способом индуктивные параметры определялись по универсальной векторной диаграмме, предложенной Лютером Р.А.[40]. Опыт позволяет определить значения индуктивных параметров для испытанной машины, но не дает их аналитической зависимости от насыщения магнитопровода, что необходимо в процессе проектирования.
В практике проектирования турбогенераторов расчет характеристик основан на использовании диаграммы Потье и характеристики холостого хода [1, 79]. Исследования, проведенные Губенко Т.П. и Губенко В.Т. [17] свидетельствуют о том, диаграмма Потье дает сильно завышенное значение угла нагрузки 0 применительно к современным высокоиспользованным турбогенераторам (для турбогенератора ТВВ-165-2, например - до 34%).
Усовершенствованию графоаналитических методов с использованием векторной диаграммы посвящены работы Казовского Е. Я., Шмониной Л. И. [31,85]. В этих работах предлагается уточненный метод расчета угловых характеристик и параметров на основе модифицированной диаграммы Бёнинга, основное отличие которой от диаграммы Потье в том, что при расчёте МДС зубцов ротора учитывается увеличение насыщения зубцов ротора при нагрузке вследствие смещения магнитной оси результирующего поля относительно оси большого зубца ротора.
Усложнение физических процессов электромеханического преобразования энергии в крупных машинах выдвигает на первый план необходимость учёта таких факторов, как двухсторонняя зубчатость сердечников, насыщение, изменение конфигурации области поля при вращении, которые ранее или вообще не могли быть учтены, или оценивались весьма приблизительно. Кроме того, существующие методики не являются универсальными и их необходимо разрабатывать для каждого нового типа электрических машин.
Развитие вычислительной техники позволило вести расчет параметров, характеристик и процессов в электрических машинах на основе численного анализа магнитного поля в активной зоне электрической машины. При этом возможен учет зубчатости поверхности статора и ротора, насыщения, дискретности структуры обмоток. Очевидно, что наиболее достоверные результаты возможны при расчете трехмерного магнитного поля в машине. Однако, даже при использовании самой производительной вычислительной техники решение этой задачи встречает серьезные трудности, связанные с необходимым объемом оперативной памяти и временем расчета. Поэтому расчет обычно ведут в предположении плоско параллельности поля, а торцевые эффекты учитывают коэффициентами.
Оганян Р.В. [48] для расчёта поля в зазоре использует понятие эквивалентной магнитной проводимости. Это - искусственно введенное понятие, которое не может быть реализовано физически. Достоинствами метода является простота и в ряде случаев достаточная точность, но при это.м подходе не учитывается общее магнитное состояние машины.
Этого недостатка лишены методы, основанные на использовании схемы замещения, в частности, метод проводимостей зубцовых контуров (МПЗК). МПЗК был разработан на кафедре электрических машин МЭИ. Он учитывает зубчатость статора и ротора, насыщение магнитопровода, изменение конфигурации зазора при вращении ротора. В дальнейшем МПЗК был придан уни
Алгоритм распараллеливания при использовании конечно- -разностного метода
Численное моделирование ценилось всегда, а с появлением многопроцессорной вычислительной техники практическая ценность численного моделирования электромагнитных полей существенно повысилась, поскольку стало возможным решать задачи большей размерности за достаточно короткое время. Снижение затрат времени на решение задачи достигается за счет распараллеливания вычислительного процесса на нескольких процессорах.
В настоящей работе задачи по расчету полей были реализованы на многопроцессорной машине Xplorer/PowerPlus консорциума PowerStone, объединяющего американскую фирму Motorola и европейскую Parsytec. Motorola - поставщик элементной базы и компиляторов. Parsytec - создатель архитектуры и конечного продукта (аппаратура, системное программное обеспечение). Эта машина обладает следующими характеристиками: имеет 8 процессоров POWER PC 601/80 MHz. Каждый процессор имеет оперативную память 32 МБ. Операционная система - UNIX. При вычислении можно использовать слова длиной 32 бита или для двойной точности 64 бита. Каждый процессор имеет производительность 160 MFLOPS для 32 бит и 80 MFLOPS для 64 бит. Общая производительность 1280 MFLOPS.
Процессоры можно о отъединять z различные конфигурации в соответствии со структурой задачи. Возможна работа с любым числом процессоров и при любой конфигурации транспьютерной сети. Рассмотрим некоторые из схем соединения процессоров. Одной из таких схем является "цепочка 1 (рис. 2.4). Связи могут быть и односторонними, и двухсторонними. Здесь и далее id - идентификационный номер процессора.
Алгоритм распараллеливания конечно-разностного метода разработан на примере расчета магнитного поля в проводящем кольце, находящемся в переменном магнитном поле тонкого проводника с током на оси кольца (рис. 2.1). Использовались схемы соединения процессоров "звезда", которая является стандартной, и "труба" с дополнительными связями, которая является модификацией известных схем соединения процессоров, а именно, "звезды" и "трубы" (рис. 2.10). Рис. 2.10. Использованные схемы соединения процессоров Алгоритм реализации параллельных вычислений выполнен следующим образом. Расчётная область была разбита на подобласти, число которых равно числу процессоров (использовалось 1, 2, 3, 4, 6, 8 процессоров). Каждый процессор при работе программы распознавал по идентификационному номеру (id = 0, 1, 2 ... N-1) ту часть программы, которую ему необходимо выполнить, при этом какие-то участки программы являлись общими для всех процессоров. Чтобы обеспечить сохранение на "стыках" искомых переменных соседние подобласти частично перекрывают друг друга. Во время расчёта между процессорами был организован обмен данными (рис. 2.11). Каждый процессор вычисляет значения искомых переменных в "своих" внутренних узлах, значения переменных в "своих" граничных узлах он получает от соседних процессоров, для которых указанные узлы являются внутренними. Расчёт прекращается, когда в каждом из процессоров погрешность меньше допустимой. РОССИЙСКАЯ Рис. 2.11. Передача данных между процессорами Разбиение на подобласти (рис. 2.12) проводилось по горизонтали (обмен данными между процессорами осуществлялся в направлениях параллельных оси г) или по вертикали (обмен данными между процессорами осуществлялся в направлениях перпендикулярных оси г). Для задачи расчёта магнитного поля в кольце, у которого R„:ip - Rhl„ h, эффективнее разбиение расчётной области на подобласти в виде горизонтальных полос. В качестве примера на рис. 2.13 показано изменение времени расчёта в зависимости ст числа процессоров для медного кольца с размерами Rllap = 1,04 м, RBlI= 1 м, высотой h = 0,41 м при частоте тока в проводнике f=50 Гц. Значение напряжённости на внутреннем радиусе кольца Н = 60000 А/м. Использовался 241 узел по оси z и 43 узла по оси г. В процентном выражении время расчёта уменьшилось на 7 - 44 % .
Общее время выполнения программы на многопроцессорной ЭВМ можно условно разбить на чистое время расчета, время обменов и простои. С ростом числа процессоров возрастает время на дополнительные расходы (обмены, простои). Эффективность расчета на многопроцессорной ЭВМ характеризуется ускорением по отношению к последовательному алгоритму: Т - время, необходимое для выполнения программы на одном процессоре; TN - время, необходимое для выполнения программы с N процессорами. В табл. 2.1 даны значения значения коэффициентов ускорения для различного числа узлов сетки: а) соединение процессоров "труба " с дополнительными связями; б) соединение процессоров "звезда". Для "звезды" затраты времени на 20 % выше, из-за большего числа пересылок, следовательно, схема соединения процессоров "труба" с дополнительными связями более эффективна, чем "звезда".
Расчет магнитного поля в режиме холостого хода и в режиме нагрузки
Решение поставленной задачи было выполнено на примере турбогенератора средней мощности типа ТВВ-320-2 номинальной мощностью 320 МВт, номинальным напряжением 20 кВ, номинальным коэффициентом мощности cos p =0,85, номинальным током 10200 А, номинальной частотой вращения 3000 об/мин, номинальным током возбуждения 2900 А [1].
Пакеты статора набраны из листов холоднокатаной электротехнической стали марки 3413. Количество пазов статора 54. Ротор изготовлен из цельной стальной поковки.
На основании этих данных с учётом размеров формировалась конечно-разностная модель машины. Использовалось 87 узлов в радиальном направлении и 254 узла в тангенциальном направлении. Более мелкое разбиение расчётной области увеличивает время решения задачи, кроме того, как показано в [92], более мелкая сетка незначительно увеличивает точность расчёта.
Расчёт магнитного поля произведён на многопроцессорной машине XpIorer/PowerPius фирмы Parsytec на восьми процессорах. После 300 итераций для векторного магнитного потенциала через каждые 10 итераций производился пересчет магнитной проницаемости. Пересчёт магнитной проницаемости через большее число итераций приводил к увеличению числа итераций и увеличению времени счёта. Кривые намагничивания сталей аппроксимировались кусочно-линейными характеристиками. Для определения конца расчёта рассчитывались отклонения векторного магнитного потенциала и магнитной проницаемости стали статора вдоль и поперёк прокатки и стали ротора. Для ускорения сходимости по векторному магнитному потенциалу применялся коэффициент ускорения а, подбираемый экспериментально. Его величина варьировалась от 1,1 до 1.7, Расчеты, представленные в табл. 3.3 показывают зависимость числа итераций от коэффициента ускорения а при различных начальных распределениях векторного магнитного потенциала при постоянной магнитной проницаемости.
При а=1,7 наблюдается колебательный процесс. Оптимальное значение а зависит от начального распределения векторного магнитного потенциала, значения токах в обмотке статора и ротора, учета насыщения. Учет насыщения приводит к росту числа итераций. Оптимальное а при этом уменьшается. Существующая версия компилятора языка fortran, предназначенная для программирования на многопроцессорной вычислительной системе, не позволяла сделать дружественный интерфейс с применением современных средств графической поддержки. Эта версия параллельного fortrana позволяет создавать только программы, реализующие сам процесс математических вычислений.
Решение конечно-разностной задачи даёт значения векторного магнитного потенциала в узлах сетки. Этой информации вполне достаточно для подробного анализа картины поля. Рассмотрим режим холостого хода. На рис. 3.7 представлена картина магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора ТВВ - 320 - 2 в режиме холостого хода с учётом и без учёта насыщения ферромагнитных участков магнитной цепи. Она представляет собой семейство линий, соединяющих точки с Ar = const. По аналогии с функцией тока Ч7 = Н г, использованной при расчёте поля в проводящем кольце (глайа 2), для анализа особенностей распределения магнитного поля в турбогенераторе вводится функция потока Ф=Аг. Картина, в общем, типична для всех НЯСМ. В режиме холостого хода, то есть при отсутствии тока в обмотке статора, магнитное поле создаётся лишь МДС обмотки возбуждения.
Основной магнитный поток НЯСМ, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Магнитная система НЯСМ представляет собой разветвлённую симметричную магнитную цепь, состоящую из 2р параллельных ветвей. Каждая из этих ветвей образует неразветвлённую магнитную цепь. Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов.
Разработанная программа позволяет получить тангенциальную (Be) и радиальную (BR) составляющие магнитной индукции в любой точке поперечного сечения турбогенератора. Особый интерес представляет поле в зазоре между статором и ротором, определяющее основной рабочий процесс в машине. v.. На рис. 3.8, а показано распределение радиальной составляющей магнитной индукции вдоль расточки статора. Провалы в кривой магнитной индукции расположены напротив пазов. На рис. 3.8, б - распределение индукции на средней линии зазора. На рис.3.8, в - распределение индукции на по верхности ротора. Тангенциальная составляющая в зазоре практически равна нулю. Представленные кривые показаны на половине полюсного деления. Поле в зазоре определяет процесс преобразования энергии в машине, а также параметры и эксплуатационные свойства машины, к числу которых относятся гармонический состав и синусоидальность выходного напряжения, дополнительные потери. Рис. 3.9 иллюстрирует распределение магнитной индукции в ярме статора. На нём приведены результаты расчёта магнитной индукции на.различных радиусах ярма статора. Тангенциальная составляющая магнитной индукции вблизи наружного диаметра статора имеет вид уплощённой синусоиды, однако, со сдвигом относительно магнитной индукции в зазоре на 90, так что максимальное значение этой составляющей достигается на нейтрали между полюсами, причём с приближением к наружному радиусу статора она уменьшается. Распределение магнитной индукции в ярме статора с учётом и без учёта анизотропии приведено на рис. ЗЛО. Средняя индукция на нейтрали между полюсами в современных турбогенераторах около 1,3 Тл. На рис. 3.11 даны графики для составляющих магнитной индукции в ярме ротора. Поскольку направление магнитного потока в ярме ротора противоположное по сравнению с направлением магнитного потока в ярме статора, тангенциальная составляющая, в отличие от ярма статора, расположена в отрицательной полуплоскости. Радиальная составляющая BR =0 на межполюс- , ной оси. Для зубцовой зоны ротора рассчитанная магнитная индукция показана по двум сечениям на 0,2h и 0,7h от дна паза (рис. 3.12), Провалы в кривых вызваны различием магнитной проницаемости стали и материала обмотки ротора.
Экспериментальные исследования турбогенератора Т-25-2УЗ
На Лысьвенском турбогенераторном заводе в конце сентября - начале октября 1999 г. проводились приёмочные испытания турбогенератора Т-25-2УЗ, в которых автор принимала участие.
Основные данные испытуемой машины приведены в табл. 4.9. Испытуемая машина - 2-полюсный синхронный турбогенератор Т-25-2УЗ трёхфазного тока, частотой 50 Гц. Форма исполнения - IM7121 на одном стояковом подшипнике. Турбогенератор имеет воздушную систему охлаждения по замкнутому циклу. Охлаждение обмоток статора и ротора - косвенное. Исполнение турбогенератора и возбудителя по степени защиты IP54. Возбуждение турбогенератора осуществляется от бесщеточной системы возбуждения.
В зависимости от требований заказчика турбогенератор может быть выполнен с другим типом вентиляции, с другим расположением выводных концов обмотки статора, направлением вращения, с другой системой возбуждения. Приёмочным испытаниям подвергаются головные образцы. В табл. 4.10 дан перечень приборов и оборудования, использованных при проведении испытаний.
Характеристики холостого хода и короткого замыкания турбогенератора снимают при установившемся тепловом состоянии. Расчетная и опытная характеристики холостого хода представлены в табл. 4.11 и на рис. 4.7. На том же рисунке и в табл. 4.12 приведена характеристика короткого замыкания. При рпечёте характеристики короткого замыкания ток обмотки статора принимался известным Ia = ImaXl Іь = Ic = 0,5 Ia. Ток возбуждения подбирался таким образом, чтобы ЭДС в зазоре уравновешивала падение напряжения в индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки статора: Es=E-xaI = x(li(I. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора (г;1 = 0), то сопротивление обмотки статора будет чисто индуктивным (рис. 4.8). и короткого замыкания турбогенератора Т-25
Отношение короткого замыкания определялось как отношение тока трёхфазного короткого замыкания при токе возбуждения, соответствующем номинальному напряжению, к номинальному току обмотки статора:
Опытное значение ОКЗ турбогенератора Т-25-2УЗ - 0,554, расчётное значение -0,549. На рис. 4.9 и табл. 4.13 представлена индукционная нагрузочная характеристика. Из характеристики холостого хода и индукционной нагрузочной характеристики получим сопротивление Потье: ВС 1040 Хр I. 1718 1.Проведённые расчёты показали, что наиболее оптимальным по быстроте сходимости является расчёт характеристики холостого хода от ненасыщенного состояния к насыщенному, используя в качестве начального распределения решение, полученное при меньшем токе возбуждения. 2. Был проведён ряд расчётов для различных турбогенераторов и дан сравнительный анализ к имеющимся опытным данным. На основе приведённых расчётов можно заключить, что созданный программный комплекс позволяет при значительном сокращении времени расчёта получить достаточно точные результаты. 3. Данные испытуемого турбогенератора Т-25-2УЗ соответствуют требованиям ГОСТов и технических условий. 4. Участие в приёмочных испытаниях подтверждено в приложении. 1. Анализ электромагнитных полей численными методами сопровождается решением сложных систем уравнений с большими затратами машинного времени. Большие затраты времени при реализации алгоритмов расчета полей снижают её практическую ценность. Применение многопроцессорной ЭВМ, по сравнению с традиционной однопроцессорной ЭВМ, позволяет снизить затраты времени на решение задачи. 2. На примере расчета квазистационарного магнитного поля в проводящем кольце разработан алгоритм реализации метода конечных разностей на многопроцессорной ЭВМ. Разработанный алгоритм распараллеливания сохраняется при решении других задач. 3. Разработаны расчётная модель и алгоритм определения магнитного поля в поперечном сечении турбогенератора методом конечных разностей, ориентированные на многопроцессорную вычислительную технику, с учётом геометрических размеров машины, насыщения магнитной цепи.
4. На основе разработанных расчётной модели и алгоритма создан программный комплекс, позволяющий рассчитывать магнитные поля, характеристики и параметры турбогенераторов в установившихся режимах. 5. На основе конечно-разностного моделирования проведён анализ особенностей распределения магнитных полей турбогенераторов при холостом ходе, поля продольной и поперечной реакции якоря, магнитного поля в режиме номинальной нагрузки. Многопроцессорная вычислительная техника позволяет наиболее полно расширить возможности численного моделирования. Главной особенностью многопроцессорной ЭВМ, по сравнению с традиционными однопроцессорными ЭВМ, является возможность решать за меньшее время задачи большей размерности. 6. Разработаны и реализованы алгоритмы нахождения величин, определяющих рабочий режим турбогенератора, на основе численного расчёта поля с использованием и без использования синхронного индуктивного сопротивления. Точность расчёта представленных алгоритмов одинакова, время нахождения решения при реализации алгоритма с использованием синхронного индуктивного сопротивления больше, так как в начале расчёта неизвестно значение синхронного индуктивного сопротивления, что приводит к увеличению числа шагов итерационной процедуры. Представленные алгоритмы позволяют предсказать работу турбогенератора по данным проектирования. 7. Проведен ряд расчётов характеристик различных турбогенераторов. Точность и достоверность разработанных расчётных методов подтверждается сравнением результатов расчёта с имеющимися опытными данными.
