[发明专利]一种适用于发电机定子绕组端部线圈的参数化建模方法

摘要

本发明涉及一种适用于发电机定子绕组端部线圈的参数化建模方法，其特征在于，步骤为步骤1、输入线圈几何参数；步骤2、定义线圈的截面形状；步骤3、定子绕组端部线圈几何模型建模；步骤4、建立线圈有限元模型。本发明的优点是使定子绕组端部线圈建模参数化，并且能够同时建立端部线圈的有限元模型，以便应用于定子绕组端部结构振动特性的研究。

主权项

一种适用于发电机定子绕组端部线圈的参数化建模方法，其特征在于，步骤为：步骤1、输入线圈几何参数，至少包括线圈截面总宽度ECBW、线圈截面总高度ECBH、线圈截面铜线部分宽度ECBCW、线圈截面铜线部分高度ECBCH、线圈截面空心铜线孔宽度ECBCHW、线圈截面空心铜线孔高度ECBCHH、线圈到铁芯中心线距离TECRH、线圈基圆半径TECRJ、线圈直线向锥面过度的倒角半径TECR0、线圈渐开线开始处倒角半径TECR1、线圈渐开线结束处倒角半径TECR2、线圈出槽直线部分长度TECHZ、线圈渐开线开始前直线段长度TECBH1、线圈渐开线结束后直线段长度TECBH2、线圈锥面锥度CONTP、线圈跨角TECBYY、P点的渐开线展开角与极坐标角度之差DEFAX、C点的渐开线展开角DEFAY，其中，P点为过O点的线圈在极坐标下的渐开线展开后的渐开结束圆弧段的切线与渐开线的交点，O点为线圈在极坐标下的渐开线展开后的基圆圆心，C点为线圈在极坐标下的渐开线展开后的渐开线段的终点；步骤2、定义线圈的截面形状；步骤3、定子绕组端部线圈几何模型建模，包括：步骤3.1求解线圈关键点坐标：线圈的几何曲线由多个关键点连接而成，各关键点的坐标存储在数组变量KPCS(i,j)中，其中i为坐标分量，i＝1,2,3分别表示关键点的X轴，Y轴及Z轴坐标，j为关键点编号，定义数组变量KPCS(m,n)，其中m为坐标分量，m＝1,2分别表示关键点的极坐标的极径R及极角φ，n为关键点编号，计算线圈各段处关键点坐标的公式如下：线圈开始处直线段关键点坐标：起点坐标：KPCS(1,1)＝0，KPCS(2,1)＝TECRH，KPCS(3,1)＝0；终点坐标：KPCS(1,2)＝0，KPCS(2,2)＝TECRH，KPCS(3,2)＝TECHZ；线圈锥角过渡圆段关键点坐标：起点坐标：KPCS(1,3)＝0，KPCS(2,3)＝TECRH+TECR0‑TECR0·cos(CONTP)，KPCS(3,3)＝TECHZ+TECR0·sin(CONTP)；终点坐标：KPCS(1,4)＝0，KPCS(2,4)＝TECRH+TECR0‑TECR0·cos(CONTP)+TECBH1·sin(CONTP)，KPCS(3,4)＝TECHZ+TECR0·sin(CONTP)+TECBH1·cos(CONTP)；渐开线初始圆弧分段点的坐标：1)A点坐标，A点为渐开线初始圆弧段的起点：A点极径A点极角THTA＝45；A点直角坐标X值XA＝RA·cos(THTA)，A点直角坐标Y值YA＝RA·sin(THTA)，锥顶Z坐标OZ＝KPCS(3,4)‑RA·cos(CONTP)；2)根据A点坐标求圆角圆心O1的坐标，O1为渐开线初始圆弧段的圆心：O1点直角坐标X值XO1＝XA+TECR1·cos(THTA+90)，O1点直角坐标Y值YO1＝YA+TECR1·sin(THTA+90)；O1点极径O1点极角3)E点坐标，E点为O1点与基圆切线的切点：E点直角坐标X值XE＝TECRJ·cos(THTE)，E点直角坐标Y值YE＝TECRJ·sin(THTE)，其中， THTE=THTO1+THTEOO1，4)B点坐标，B点为渐开线段的起始点：B点直角坐标X值XB＝XO1+TECR1·cos(THTO1E)，B点直角坐标Y值YB＝YO1+TECR1·sin(THTO1E)，其中，B点极径B点极角B点的渐开线展开角：5)线圈在扇形上的展开角：TECBEA＝TECBYY·sin(CONTP)；步骤3.2、将极坐标零点和渐开线展开零点重合后，重新求解各点坐标：1)A点坐标：A点直角坐标X值XA'＝RA·cos(THTA')，A点直角坐标Y值YA'＝RA·sin(THTA')，其中，THTA'＝THTA+ANGB‑THTB；2)O1点坐标：O1点直角坐标X值XO1'＝XA'+TECR1·cos(THTA'+90)，O1点直角坐标Y值YO1'＝YA'+TECR1·sin(THTA'+90)；O1点极角3)E点坐标：E点直角坐标X值XE'＝TECRJ·cos(THTE')，E点直角坐标Y值YE'＝TECRJ·sin(THTE')，其中，THTE'＝THTO1'+THTEOO1；4)B点坐标：B点直角坐标X值XB'＝XO1'+TECR1·cos(THTO1E')，B点直角坐标Y值YB'＝YO1'+TECR1·sin(THTO1E')，其中，B点极角B点极径5)P点坐标：P点极角ANGP＝DEFAX+THTP，其中，THTP＝TECBEA+THTA'；6)C点坐标：C点直角坐标X值XC'＝TECRJ·cos(ANGC)+TECRJ·ANGC·π/180·sin(ANGC)，C点直角坐标Y值YC'＝TECRJ·sin(ANGC)‑TECRJ·ANGC·π/180·cos(ANGC)，其中，ANGC＝DEFAY；C点极径C点极角7)O2点坐标，O2点为渐开线结束圆弧段的圆心：O2点直角坐标X值：XO2'＝TECRJ·cos(ANGC)+[TECRJ·ANGC·π/180·SIN(ANGC)]·sin(ANGC)；O2点直角坐标Y值：YO2'＝TECRJ·sin(ANGC)‑[TECRJ·ANGC·π/180·COS(ANGC)]·cos(ANGC)；8)D点坐标，D点为渐开线结束圆弧段的终点：D点直角坐标X值XD'＝XO2'+TECR2·cos(THTP+90)，D点直角坐标Y值YD'＝XD'·tan(THTP)，D点极径步骤3.3、继续求解线圈各段关键点的坐标，渐开线初始圆弧段的关键点个数为N1，渐开线段关键点的个数为N2，渐开线结束圆弧段的关键点个数为N3，则有：1)循环计算分别求出渐开线初始圆弧段内部各关键点的坐标，其中：第N1个关键点的极径为RB'，极角为THTB'‑THTA'，其余第K个关键点的直角坐标X值，K＝1，2，……，(N1‑1)：XTEMP＝XO1'+TECR1·cos(TEMPTHTA+TEMPTHTAB·K/N1)，第K个关键点的直角坐标Y值：YTEMP＝YO1'+TECR1·sin(TEMPTHTA+TEMPTHTAB·K/N1)；第K个关键点的极径第K个关键点的极角atan(YTEMP,XTEMP)‑THTA'，其中：2)循环计算分别求出渐开线段内部各关键点的坐标，其中：第N2个关键点的极径为RC'，极角为THTC'‑THTA'，其余第K个关键点的直角坐标X值，K＝1，2，……，(N2‑1)：XTEMP＝TECRJ·cos(ANGB+TEMPBC·K/N2)+TECRJ·(ANGB+TEMPBC·K/N2)·π/180·sin(ANGB+TEMPBC·K/N2)第K个关键点的直角坐标Y值：YTEMP＝TECRJ·sin(ANGB+TEMPBC·K/N2)‑TECRJ·(ANGB+TEMPBC·K/N2)·π/180·cos(ANGB+TEMPBC·K/N2)第K个关键点的极径第K个关键点的极角atan(YTEMP,XTEMP)‑THTA'，其中：TEMPBC＝ANGC‑ANGB；3)循环计算分别求出渐开线结束圆弧段内部各关键点的坐标，其中：第N3个关键点的极径为RD'，极角为THTD'‑THTA'，其余第K个关键点的直角坐标X值，K＝1，2，……，(N3‑1)：XTEMP＝XO2'+TECR2·cos(TEMPTHTC‑TEMPTHTCD·K/N3)；第K个关键点的直角坐标Y值：YTEMP＝YO2'+TECR2·sin(TEMPTHTC‑TEMPTHTCD·K/N3)；第K个关键点的极径第K个关键点的极角atan(YTEMP,XTEMP)‑THTA'，其中：若为负值，则修正为TEMPTHTCD＝TEMPTHTC‑TEMPTHTD；若为负值，则修正为步骤3.4、利用循环计算将线圈各关键点的极坐标转换为笛卡尔坐标，其中，第K个关键点的KPCS(1,4+K)＝TECRJ·TEMPR·sin(TEMPTHT)，KPCS(2,4+K)=TEMPR·cos(TEMPTHT),KPCS(3,4+K)=ICS(1,K) ·cos(CONTP)+OZ,其中：TEMPR=ICS(1,K) ·sin(CONTP),ICS(1,K)为第K个关键点的极径；TEMPTHT＝ICS(2,K)/sin(CONTP)，ICS(2,K)为第K个关键点的极角；步骤3.5、建立关键点：根据步骤3.4中求解得出的各关键点坐标，建立各关键点；步骤3.6、建立线圈的样条曲线：连接步骤3.5中建立的关键点，即生成线圈的样条曲线；步骤4、建立线圈有限元模型。