[发明专利]一种用于大电机定子线棒端部模型的数值计算APP

说明书

技术领域

本发明主要应用于高压绝缘领域，主要开发了一种用于大电机定子线棒端部模型的数值计算APP。

背景技术

对于高压电机来说，定子线棒出槽口出往往存在电场集中，在端部施加防晕结构可以达到均化电场的作用，有效保护绝缘。随着计算机的普及，工程实践前往往可以通过仿真的方式来模拟实际环境下产品的运行状态。目前来看，各种数值计算方法中，有限元法的计算最为准确，但由于基于有限元的仿真软件应用时对于操作者的理论知识和使用技巧要求较高，普及比较困难，对于设计者来说，设计之前，获得用于设计的数据比较困难，往往消耗大量的人力物力，工作效率大打折扣，如果将仿真与建模流程封装成一个APP，将能够为设计人员提供相当的便利。对于电机的定子线棒绝缘结构设计来说，也是如此。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对大电机定子线棒端部的数值仿真技术方法无法普及使用的问题，开发出一套集成高压电机线棒端部参数化模型模、有限元计算以及端部有限元计算APP于一体的端部数值计算APP。有效的节省设计人员在建模与计算时所消耗的时间，开发人员直接在APP中输入模型参数、材料参数，以及试验环境参数并点击相关的功能按钮后，便可得到精确度较高的有限元仿真计算结果。

本发明的具体内容主要包括：1.大电机线棒端部的参数化建模。实现了端部模型的线芯截面长度、截面宽度、截面圆角半径、端部斜边的长度、端部模型的三维旋转角度、绝缘层厚度、防晕层厚度，以及三段式防晕层的各段长度的参数化控制。2.对参数化建立的模型进行了有限元数值仿真分析，在原有端部模型外施加空气域与铁芯，对模型添加相应材料，进行网格剖分，在50hz频域下使用“直流”物理场进行求解，求解出相应的电势、电场，以及损耗的分布图。3.根据建模以及有限元分析的整个过程，构建端部有限元分析APP，将模型的参数、材料参数，以及试验参数封装起来作为输入参数，将电场、电势，以及损耗的分布作为输出，制作成一个集建模与计算功能与一体的APP。

附图说明

图1为线棒端部模型示意图。

图2为端部有限元计算APP窗口主图。

图3为APP输入部分的输入参数图。

图4为电势分布图。

图5为电场分布图。

图6为损耗分布图。

具体实施方式

现参考附图和具体实施方式对本发明一种用于大电机定子线棒端部模型的数值仿真系统做进一步的说明和阐述。

一种用于大电机定子线棒端部模型的数值仿真系统主要三部分构成：1.线棒端部模型的参数化建立。2.应用有限元法对该端部模型进行电场分布、电位分布，以及损耗分布进行分析计算。3.完成线棒端部模型以及有限元仿真的APP制作。

第一部分中，使用三维建模软件PTC CREO进行三维端部模型的建立，建模的方式是通过先书写控制方程来绘制端部曲线，曲线的三维空间扭转角度由两个二维平面角度控制，控制方程如方程组(1)所示，其中L为端部斜边的长度，T1与T2为该方程曲线与两个平面的夹角，在端部曲线的两边绘制线芯的截面图形，采用绘图中的扫描工具，将两个截面沿着曲线扫描合成端部线芯实体，同样的方法扫描出绝缘层以及防晕层，将扫描所得到的防晕层用分割工具进行分割，截出3段长度可控的防晕层，最后通过creo中的装配环境将线芯、绝缘层以及防晕层装配起来，构建成线棒端部的完整模型。此模型可实现线棒端部的完全参数化，主要参数包括：端部股线截面长度、宽度、截面圆角半径、端部斜边长度、端部的三维扭转角在两个平面上的投影角度、绝缘层厚度、防晕层厚度，以及三段防晕的长度等参数，端部模型如图1所示，至此线棒端部模型建立完成。