Разработка методов построения и реализации алгоритмов расчета магнитных полей и характеристик турбогенераторов на многопроцессорной ЭВМ

• Автор: Семенова, Ксения Васильевна
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Тенденции турбогенераторостроения

1.2. Обзор методов расчёта параметров и характеристик неявнополюсных синхронных машин

1.3. Математическое моделирование магнитного поля

1.3. Выводы и постановка задачи

ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В ПРОВОДЯЩЕМ КОЛЬЦЕ

2.1. Уравнение в конечных разностях для расчёта магнитного поля

в проводящем кольце

2.2. Алгоритм распараллеливания при использовании конечно--разностного метода

2.3. Исследование эффективности реапизации метода конечных разностей на примере расчёта квазистационарного
магнитного поля в проводящем кольце
2.4. Выводы и результаты
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В
ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ ТУРБОГЕНЕРАТОРА
3.1. Расчётная модель для определения магнитного поля
в поперечном сечении турбогенератора
3.2. Расчет магнитного поля в режиме холостого хода и в режиме нагрузки
3.3. Алгоритмы расчета величин, определяющих рабочий режим
3.4. Выводы и результаты

ГЛАВА 4. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАСЧЁТНОЙ МОДЕЛИ
4.1. Расчёт характеристик и синхронных индуктивных сопротивлений турбогенераторов
4.2. Экспериментальные исследования турбогенератора Т-25-2УЗ
4.3. Выводы и результаты
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
Справка об участии в приёмочных испытаниях
(* турбогенератора Т-25-2УЗ
Справка об использовании результатов
диссертационной работы

Актуальность темы. Важность и актуальность темы определяется, прежде всего, значением турбогенераторов как основного вида электроэнергетического оборудования. Свыше 80 % используемой в нашей стране электроэнергии вырабатывается турбогенераторами.
На освоение новых типоразмеров турбогенераторов требуется длительный период исследований, разработки, подготовки производства. Срок службы турбогенераторов в среднем - 25 - 30 лет. Это свидетельствует о важности решений, принятых при проектировании турбогенераторов, которые предопределяют научно-технический уровень и технико-экономические показатели электроэнергетических систем на несколько десятилетий вперёд.
Возможность замены явлений, происходящих в объекте, математическими моделями дает большие преимущества для исследования электромеханических преобразователей. Расчёт электромагнитного поля численными методами, даже в двухмерной постановке, для ряда задач сопровождается решением систем уравнений с большими затратами машинного времени. Однопроцессорные компьютеры с традиционной структурой обладают недостаточной производительностью. В прошлом производительность ЭВМ увеличивалась в 10 раз каждые 5 лет, однако, сегодня этот рост уже не может поддерживаться на прежнем уровне. Скорость света и законы квантовой механики налагают фундаментальные физические ограничения, которые нельзя' обойти. Также важны и экономические ограничения - в попытках сделать процессоры, шины и память более быстрыми технологии становятся всё более дорогими. Применение многопроцессорной вычислительной техники по-зволяет увеличить возможности вычислительного процесса.
Целью работы является разработка ускоренных методов расчёта магнитных полей, характеристик и индуктивных параметров турбогенератора и создание на основе этих методов программ, позволяющих достаточно точно и
2.3. Исследование эффективности реализации МКР на примере расчёта квазистационарного магнитного поля в проводящем кольце
Для эффективного решения трехмерных полевых задач, в особенности нестационарных, необходимы ЭВМ с быстродействием порядка 109 - 1010 операций в секунду. Современные ЭВМ, как правило, реализуют последовательный принцип вычислений. Повышение скорости решения сложных и трудоемких задач возможно путем применения параллельных вычислительных систем. В тех случаях, когда число процессоров значительно меньше числа узлов, необходимо применять разбиение расчетной области на подобласти и распараллеливание вычислительного процесса вести по подобластям [88].
Исследование эффективности реализации МКР выполнено на задаче расчёта потерь в проводящем кольце. В результате решения были получены значения потерь в зависимости от частоты тока и типа материала кольца (медь, алюминий, сталь СтЗ). Для кольца с размерами Я вн= 1 м, Я,мр = 1,04 м, высотой Ь=0,41 м в табл. 2.3 приведены результаты расчета потерь при значении напряжённости на внутреннем радиусе кольца Н = 60000 А/м. Использовалась прямоугольная сетка с шагами: Ь г = 1,65 мм , Ь г =1 мм (медь, алюминий); И г = 0,75 мм, Ь г = 0,69 мм (сталь СтЗ).
Выбор размера ячеек проводился в зависимости от эквивалентной глубины проникновения, которая определяется выражением
V юуд
где со - угловая частота, 1/с,
у - удельная электрическая проводимость, Сим/м,
(1 - магнитная проницаемость, Гн/м.