[发明专利]一种获取电机瞬态温度场的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及分析及测量控制技术领域，具体说涉及一种获取电机瞬态温度场的方法与装置。

背景技术

电机作为一种机电能量转换装置，其在运行过程中会产生铁损、铜损和机械损耗等损耗，从而导致电机温度升高。电机温度升高与电机的使用寿命有着直接的关系，同时也对电机的出力、效率等性能有一定的影响。电机温度升高的具体参数是衡量电机性能的重要指标之一。因此，在衡量电机性能以及监控电机工作状态的过程中，通常会对电机进行热分析，尤其是瞬态热分析从而获取电机温度场。

目前，获取电机温度场主要采用以下几种方法：

(1)热阻抗网络法，主要利用电机多个关键点的热阻与热容、接触热阻、损耗、环境温度和简单的计算公式构成电机的热阻抗网络模型，从而通过计算即可得到电机多个关键点的温升。然而，电机关键点的选取、热阻值、热容值、计算公式、系数的选取等具有一定的局限性，需要通过大量的实验数据或类比的方法来获取，很难对不同型号的电机进行推广应用。

(2)有限元法(Finite Element Method,简称FEM)，主要利用有限元软件建立电机的有限元模型，从而计算稳态或瞬态的温度场。然而，在现有技术中有限元法通常采用简化模型的方法来处理温度场与流体场耦合的问题，并且采用对称性的方式将实际上不对称的模型进行简化处理，这样大大影响了计算结果的准确性。同时，基于有限元模型计算温度场的计算量较大，有限元法的瞬态计算很难应用于实际工程中。

(3)有限体积法，主要利用流体动力学计算(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)软件建立电机和流体区域的仿真模型，计算稳态或瞬态的温度场、流场。有限体积法需要对流体区域建立大量的网格，且边界层和湍流模型对网格的数量和质量提出了很高的要求，导致计算量非常大。与有限元法类似，有限体积法的瞬态计算很难应用于实际工程中。

综上，现有技术中获取电机瞬态温度场的方法不仅没有很好地兼顾获取结果准确性和计算量，并且其可操作性以及实用性都不理想。

因此，针对现有电机瞬态温度场获取方法中存在的问题，需要一种新的电机瞬态温度场获取方法以兼顾获取结果的准确性和计算量从而达到更加理想的可操作性以及实用性。

发明内容

针对现有电机瞬态温度场获取方法无法兼顾计算量和结果准确性的问题，本发明提供了一种获取电机瞬态温度场的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤一，获取电机的第一有限元模型；

步骤二，对所述第一有限元模型进行降阶处理，从而得到所述电机的降阶模型；

步骤三，对所述降阶模型进行求解，从而得到所述降阶模型的计算结果；

步骤四，将所述计算结果映射到所述第一有限元模型，从而得到所述第一有限元模型中每个节点在不同时刻的温度映射。

在一实施例中，所述步骤一包含以下步骤：

模型构建步骤，构建所述电机的有限体积法模型和第二有限元模型；

获取对流换热系数分布步骤，对所述有限体积法模型进行稳态计算，从而获取所述电机内部的对流换热系数分布；

映射对流换热系数分布步骤，将所述对流换热系数分布映射到所述第二有限元模型中，从而形成所述第一有限元模型。

在一实施例中，所述模型构建步骤包含以下步骤：

分析所述电机的冷却条件与几何结构对电机温度场产生的影响，从而得到分析结果；

根据所述分析结果确定所要构建的所述有限体积法模型和所述第二有限元模型的类型。

在一实施例中，在所述映射对流换热系数分布步骤中，首先对所述对流换热系数分布进行相应的插值处理，然后将插值处理后的所述对流换热系数分布映射到所述第二有限元模型中。

在一实施例中，所述步骤二包含以下步骤：

提取所述第一有限元模型的热传导矩阵和热容矩阵；

对所述热传导矩阵和所述热容矩阵进行分解；

对分解后的所述热传导矩阵和所述热容矩阵进行降阶处理，从而得到所述降阶模型。

在一实施例中，所述步骤三包含以下步骤：

获取所述电机的损耗值；

基于所述损耗值对所述降阶矩阵进行求解，从而得到所述降阶矩阵的计算结果。

在一实施例中，所述方法还包含步骤五，对所述第一有限元模型中每个节点在不同时刻的温度映射进行云图显示。

本发明还提供了一种获取电机瞬态温度场的装置，所述装置包括：

有限元模型获取模块，用于获取并输出电机的第一有限元模型；