[发明专利]一种扁线电机温度场分析中定子绕组等效方法

说明书

本发明公开了一种扁线电机温度场分析中定子绕组等效方法，包括定子绕组建模方法和定子绕组等效热导率计算方法；所述的定子绕组建模方法包括定子扁线建模方法和定子绝缘建模方法；所述的定子绕组等效热导率计算方法包括定子扁线热导率计算方法、定子线圈绝缘热导率和等效绝缘厚度计算方法。本发明的方法增强了扁线电机定子温度场分析结果的准确性。

技术领域

本发明属于电机温度场模拟技术领域，具体涉及一种扁线电机温度场分析中定子绕组等效方法。

背景技术

电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁，是将大部分电能转换为机械能的装置。随着电机设计水平的提高和电机制造业的发展，电机冷却方式、材料及工艺得到很大改进，电机的单机容量在不断增大，电机电磁负荷和热负荷也随之提高，电机运行时产生的单位体积损耗不断增长，使得电机发热严重，过高的温升会降低绝缘寿命甚至破坏绝缘、影响电机输出转矩能力，对于永磁电机更会造成永磁体的不可逆退磁，直接威胁电机性能和运行可靠性。

对电机的热问题的研究一直是电机研究中的一个重要方面，散热问题直接影响电机的使用寿命和运行的可靠性，例如定子绕组发生短路故障时，数值很大的短路电流会产生过热，烧毁绕组和铁心，对于大型扁线电机来说更是如此，因此准确地计算和研究扁线电机的温升问题是电机设计、制造和运行部门共同关心的问题。

在目前对扁线电机温度场分析中，对于定子绕组的处理，存在多种处理方法，比较简单的处理方法是将每层扁线集中等效为单一铜导体，端部绕组拉直处理等，此方法优点是模型比较简单，计算速度快，但计算精度不高，尤其是端部绕组失真较大，较难模拟得到端部绕组最高温升点；也有学者采用近似真实建模，分别建立槽内和端部的扁线模型和绝缘模型，因端部绕组绝缘尺寸极小，多数为毫米数量级，且端部绕组形状复杂，网格划分和计算工作量极大，故在电机工程设计中较少采用。

目前，在扁线电机温度场分析中存在的问题为：对定子温度场进行分析时，缺乏一种既能满足工程设计要求的精度，又能较大降低对计算能力和计算资源需求的定子绕组等效方法。

发明内容

本发明的目的在于克服目前扁线电机温度场分析中定子绕组等效方法存在的不足，提供了一种扁线电机定子绕组等效方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扁线电机温度场分析中定子绕组等效方法，包括以下步骤：

步骤S110，根据所分析扁线电机的特点，确定定子线圈的等效策略：根据所分析电机的冷却类型，采取不同的等效策略：对于端部灌封等以热传导为主要冷却方式的电机，建立每层槽内绕组和多层绝缘等效模型，端部绕组截面与槽内绕组一致，不建立端部绕组绝缘实体模型，通过在端部绕组各方向表面加载绝缘厚度和热导率形式模拟；对于端部风冷或油冷等以热对流为主要冷却方式的电机，槽内等效方法与端部以热传导为主要冷却方式电机一致，端部绕组则改为包绝缘后尺寸，并对需加载的端部绕组各方向绝缘厚度和热导率作相应的等效计算。

步骤S120，根据扁线电机所选用的扁线尺寸、各方向布置根数，确定含扁线绝缘的每层绕组形状尺寸和定位尺寸，目的是为了使等效后的模型更接近真实模型，使等效模型热传导路径上各热阻与真实热阻更接近；

步骤S130，根据所述的等效策略和线圈层数、尺寸等，建立扁线电机绕组和定子槽内绝缘的几何模型，其中扁线电机绕组几何模型的绕组层数与实际电机层数相同，定子槽内多层绝缘等效为单一绝缘材料；

步骤S140，根据步骤S110所述的等效策略，计算槽内绕组扁线各向异性热导率和槽内绕组外表面的多层绝缘等效热导率；计算得到端部绕组各方向需加载的等效绝缘厚度；

步骤S150，根据扁线铜导体和扁线绝缘的尺寸，计算每层绕组的等效热导率，计算槽内多层绝缘的等效导热率，加载槽内绕组各向异性等效热导率，根据端部绕组几何模型和加载热导率，计算每层绕组的绝缘加载厚度，加载端部绕组各向同性热导率和各方向绝缘厚度；