CN110889195B - 一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：依据输入电机定子参数中的上层线圈主绝缘厚度、下层线圈主绝缘厚度、上下层线圈低阻结束到下层线圈直线结束之间的距离、防晕层厚度、防晕层长度以及层间间距范围建立同槽异相上下层线圈低阻结束外区域的几何模型；输入材料参数；设定相对应的边界条件；计算端部电场分布；结果分析。本发明通过电场数值计算和试验结果的结合，使设计人员能够在电机设计时就能准确确定最小同槽上下层线圈间距，从而对电机设计有着很好的指导意义；另外，本发明建模过程参数化，易于使用便于修改，可重复调用。

Description

一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法

技术领域

本发明涉及一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法，可用于电机定子槽内结构设计研究中，属于电机部件槽内结构及防电晕的计算方法技术领域。

背景技术

对于低阻在定子线圈直线部分结束的电机，特别是额定电压较高的电机(6.3kV及以上)，如何确定同槽上下层线圈之间的间距是一个非常重要的设计问题。过大的间距会导致电机定子体积不必要的增大，增加成本；过小的间距会导致电机整机起晕不符合国标要求。因此如何选择一个合适的间距需要寻找一个强有力的理论依据。

发明内容

本发明的目的是：提供一种确定电机定子同槽上下层线圈之间间距的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、依据输入电机定子参数中的上层线圈主绝缘厚度、下层线圈主绝缘厚度、上下层线圈低阻结束到下层线圈直线结束之间的距离、防晕层厚度、防晕层长度以及层间间距范围建立同槽异相上下层线圈低阻结束外区域的几何模型；

步骤2、按照步骤1建立的几何模型所涉及的部件输入材料参数；

步骤3、根据工况，设定相对应的边界条件；

步骤4、参数化扫描计算端部电场分布：

在步骤1输入的层间间距范围内以设定步长计算几何模型在不同层间间距的条件下所对应的电机端部电场分布，保存计算得到的最大气隙电场结果；

步骤5、结果分析：

将步骤4获得的最大气隙电场结果与事先试验获得的空气起晕临界场强作比较，若最大气隙电场结果比空气起晕临界场强小且接近空气起晕临界场强，则最大气隙电场结果所对应的具体层间间距为当前电机所能选取的最小同槽上下层线圈间距，否则重新设定层间间距范围返回步骤1，建立新的几何模型。

优选地，步骤2中，几何模型中端部防晕层的材料参数包括电导率，该电导率通过试验获得并拟合成非线性方程。

本发明具有如下特点：

1)端部几何建模中聚焦于低阻结束到线圈直线距离、绝缘厚度、端部防晕层的长度和厚度共4个几何参数对于层间间距的影响，而忽略了其他与上下层间距不太重要的几何参数，简化了计算流程，提高了计算效率。

2)端部防晕材料的非线性参数通过试验获得并引入到计算中，使间距设计考虑到了端部防晕材料非线性性能的影响。

3)电场计算中考虑了端部防晕层电位随位置变化的影响。

4)间距的尺寸通过数值计算结果与试验结果的比较确定。

综上所述，本发明具有如下优点：

本发明通过电场数值计算和试验结果的结合，使设计人员能够在电机设计时就能准确确定最小同槽上下层线圈间距，从而对电机设计有着很好的指导意义；另外，本发明建模过程参数化，易于使用便于修改，可重复调用。

附图说明

图1为同槽异相上下层线圈低阻结束外区域的几何模型示意图，图中，1表示上层线圈主绝缘；2表示下层线圈主绝缘；3表示上下层线圈低阻结束位置；4表示下层线圈直线结束位置；5表示端部防晕层；

图2为本发明提供的计算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图2所示，本发明提供了一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法。本发明的计算过程采用COMSOL有限元计算软件，并采用参数化建模，需要输入参数包括：主绝缘厚度、低阻结束到直线结束距离、端部防晕层厚度、端部防晕层长度、额定电压、端部防晕层材料固有电阻率及非线性系数。随后按步骤依次建模计算。

具体步骤为：

步骤1、建立计算模型

按照产品参数中的上层线圈主绝缘厚度、下层线圈主绝缘厚度、上下层线圈低阻结束到下层线圈直线结束之间的距离、防晕层厚度、防晕层长度以及层间间距范围建立如图1所示的同槽异相上下层线圈低阻结束外区域的几何模型。

步骤2、输入材料参数

输入上层线圈主绝缘、下层线圈主绝缘和端部防晕层相关材料参数，包括电导率和相对介电常数，其中：防晕端部防晕层的电导率通过非线性方程表述。

步骤3、设定边界条件；

根据工况设定上层线圈的铜线为额定电压以及端部防晕层开始处及下层线圈的铜线接地。

步骤4、参数化扫描计算端部电场分布：

在步骤1输入的层间间距范围内以设定步长(本实施例中为1mm)计算几何模型在不同层间间距的条件下所对应的电机端部电场分布，保存计算得到的最大气隙电场结果；

步骤5、结果分析

计算完成后，将通过全局计算获得的最大气隙电场结果与试验获得的空气起晕临界场强进行比较，得到最接近临界场强且不超过临界场强的最大气隙电场结果所对应的层间间距即为设计允许的最小间距。

Claims (2)

1.一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、依据输入电机定子参数中的上层线圈主绝缘厚度、下层线圈主绝缘厚度、上下层线圈低阻结束到下层线圈直线结束之间的距离、防晕层厚度、防晕层长度以及层间间距范围建立同槽异相上下层线圈低阻结束外区域的几何模型；

步骤2、按照步骤1建立的几何模型所涉及的部件输入材料参数，材料参数包括上层线圈主绝缘、下层线圈主绝缘和端部防晕层相关材料参数，其中，端部防晕层相关材料参数包括电导率和相对介电常数；

步骤3、根据工况，设定相对应的边界条件；

步骤4、参数化扫描计算端部电场分布：

在步骤1输入的层间间距范围内以设定步长计算几何模型在不同层间间距的条件下所对应的电机端部电场分布，保存计算得到的最大气隙电场结果；

步骤5、结果分析：

将步骤4获得的最大气隙电场结果与事先试验获得的空气起晕临界场强作比较，若最大气隙电场结果比空气起晕临界场强小且接近空气起晕临界场强，则最大气隙电场结果所对应的具体层间间距为当前电机所能选取的最小同槽上下层线圈间距，否则重新设定层间间距范围返回步骤1，建立新的几何模型。

2.如权利要求1所述的一种电机定子同槽上下层线圈间距的计算方法，其特征在于，步骤2中，电导率通过试验获得并拟合成非线性方程。