CN111324974A - 基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置，方法包括：根据发电机的结构参数建立发电机电磁网络模型、通风网络模型和热阻网络模型并进行耦合得到三域网络模型；根据三域网络模型确定定子齿内冷结构的孔径和位置对发电机电磁、流体和温度的影响函数关系；根据影响函数关系确定发电机三域网络运行的数据集；根据运行数据集和预设算法对发电机的定子齿内冷通风结构的孔径和位置进行寻优。本发明能够确定定子齿内冷通风结构的最优结构，进而提高空冷发电机的定子散热能力和工作效率，并具有计算方便快捷，易实现的有益效果，适用于其他大型发电机相似新通风结构的开发设计与优化计算。

Description

基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置。

背景技术

空冷发电机因其节能环保、安全可靠等众多优点广泛应用于燃气-蒸汽联合循环发电站、特高压电网直流输电调相运行、风力发电、水轮发电上。随着空冷发电机单机容量的不断提高和其运行工况的复杂多变，尤其是在频繁启停，短时内出现高过载，调相运行时，发电机定子绕组温度急剧升高，传统的单纯的单路、多路通风系统已经无法满足其散热冷却要求。

在定子齿部开设新的通风结构是一种有效提高大型空冷发电机定子齿内部散热的新途径，在这里称为齿内冷结构。研究新的通风结构对空冷发电机性能、散热能力的影响，以及探求新通风系统的冷却机理和最优冷却机构是至关重要的。目前采用数值方法计算新结构电机的性能参数、流体参量变化、温度分布，虽然计算较准确。

但是仅建立一个新结构的电磁场、流体场或者温度场计算模型就需要花费大量的前处理时间，尤其是研究发电机新结构尺寸、位置等变化对发电机影响时，需建立的计算模型成倍地增长，对电机新结构的优化、设计工作造成很大的阻碍，进而降低了空冷发电机的工作效率。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置，研究新结构对发电机的对空冷发电机性能、散热能力的影响，能够快速确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的最优结构，以及探求新通风系统的冷却机理和最优冷却结构。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，包括：

根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立带有定子齿内冷通风结构位置、齿内冷通风结构尺寸的发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行物理关系联立得到耦合的三域网络模型；

根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响规律和函数关系运行数据集；

根据所述运行数据集和预设算法对空冷发电机的定子齿内冷通风结构的孔径和位置进行寻优。

其中，建立的发电机电磁网络计算模型，包括：确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降；

根据所述空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降确定所述发电机电磁网络计算模型。

其中，所述发电机电磁网络计算模型为：

F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆＝F₀；

其中，F₁，F₂，F₃，F₄，F₅和F₆分别为空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降；F₀为基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的励磁磁势；定子齿内冷通风结构磁压降F₆的值与定子齿内冷通风结构的位置、大小相关，进而可以确定齿内冷通风结构的位置、大小与发电机磁密的关系。

其中，建立的通风流体网络计算模型，包括：根据发电机风扇参数建立的风扇压头工作特性，根据发电机通风结构和定子齿内冷通风结构，建立对应的风阻网络模型，进而得到发电机通风系统的流体网络模型；根据所述的通风流体网络计算模型，计算得到定子齿内冷通风结构位置、大小与流体网络各关键点的风量、风压、风速的关系。

其中，建立的热阻网络计算模型，包括定子铁心、定子绕组和转子构成的三个热源热路，热阻网络包含：定子绕组端部表面传给空气的热阻R_C1；径向通风道中的绕组表面传给空气的热阻R_C2；定子绕组与定子铁心之间的热阻R_CF；铁心径向通风道表面与空气之间的热阻R_F1；定子铁心内圆表面与空气之间的热阻R_F2；定子铁心外圆表面与空气之间的热阻R_F3；定子齿部铁心与齿内冷通风孔之间的热阻R_F5；定、转子间气隙热阻R₁₂；转子端部与空气之间的热阻R₂；定子铁心和机座之间的间隙的传导热阻R_δ和机座表面散热热阻R_K。

其中，将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行物理关系联立得到耦合的三域网络模型，包括：将电磁网络模型计算得到的发电机各部件磁密代入相应损耗计算方程，计算得到发电机各类损耗作为发电机热阻网路计算模型的热源赋值；将流体网络模型计算得到的通风系统中各关键部位的风速代入发电机对流散热系数的计算方程，进一步代入牛顿散热定律的公式完成所述的电磁网路计算模型、流体网路计算模型和热阻网路计算模型的耦合。

其中，所述预设算法包括：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、神经网络和模糊算法中至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化装置，装置包括：

建模单元，用于根据空冷发电机的参数分别建立带有定子齿内冷结构的发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

耦合单元，用于将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；

函数单元，用于根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对基于定子通风结构的空冷发电机的电磁、流体和温度的影响规律和函数关系；

数据集单元，用于根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集运行数据集；

优化单元，用于根据所述运行数据集和预设算法对基于定子通风结构的空冷发电机的孔径和位置进行寻优。

另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线；其中，

处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

处理器用于调用存储器中的逻辑指令，以执行上述基于定子通风结构的空冷发电机的优化方法。

另一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述基于定子通风结构的空冷发电机的优化方法。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法及装置，通过根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响规律和函数关系；根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；根据所述运行数据集和预设算法对空冷发电机的定子齿内冷通风结构的孔径和位置进行寻优，能够快速确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的通风最优结构，进而提高空冷发电机的工作效率，并具有计算方便快捷，易实现的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法的流程图；

图2是本发明实施例提供中电磁网络的结构示意图；

图3为本发明实施例提供中流体网络的结构示意；

图4是本发明实施例提供中热阻网络的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的基于定子通风结构的空冷发电机的优化装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法的实施例，参见图1，具体包括如下步骤：

S101：根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

在本步骤中，基于空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性建立三种模型，其中，建立的发电机电磁网络计算模型，包括：

确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降；

参见图2，基于定子通风结构的空冷发电机的磁路分为六段，除了传统的空气隙1，定子齿2，定子轭3，转子齿4，转子轭5，还包括有新设置的定子齿内冷通风结构6。

其中，空气隙的磁密大小：

式中，Φ为每极磁通，K_r为极弧系数，D_i为定子内径，l为定子铁心长度，δ为单边气隙径向长度，B_δ为空气隙磁密，p为发电机极对数。

空气隙磁压降为：

式中，K_δ为气隙系数，μ₀为真空磁导率。

定子齿磁密，当磁密小于1.8T，定子齿磁饱和程度低于预设值时：

式中，γ为转子槽数与槽分度数比值，m为发电机相数，q₁为每极每相槽数，b_z1/3为定子齿部1/3处宽度，l_ef定子铁心净长度。

当齿部磁密大于1.8T，定子齿磁饱和程度大于预设值时，要进行一定修正，由于本发明专利不是研究定子齿磁饱和计算方法，相关计算方法在电机设计相关书籍已有介绍，此处不做介绍。

根据计算的定子齿部磁密，由硅钢片的磁化曲线可得对应定子齿磁场强度H_z1。在这里由于定子齿部通风结构的存在，定子齿部磁路计算长度需在传统齿部磁路的计算基础上减掉定子新型齿内冷通风结构在定子齿部占有区域的长度l_z得到L_z1。定子齿磁场强度乘以定子齿部磁路计算长度L_z1，使得此处的求得定子齿磁压降：

F₂＝H_Z1L_Z1；

根据计算的定子轭磁密，由硅钢片的磁化曲线可得对应定子轭磁场强度H_j1，乘以定子轭磁路计算长度L_j1，进一步可得定子轭磁压降

F₃＝H_j1L_j1；

将转子齿部磁密计算分为齿部0.2和0.7处的磁密：

式中，Φ₂为转子的每极磁通，S_0.2为转子0.2齿高处每极内齿的截面积，S_0.7为转子0.7齿高处每极内齿的截面积。

计算转子齿磁压降：

F₄＝B_Z0.2L_Z0.2+B_Z0.7L_Z0.7；

式中，L_Z0.2和L_Z0.7为转子齿的磁路长度。

转子轭磁密：

式中，S_j2为转子轭部的等效截面积。

计算转子轭磁压降：

F₅＝B_j2L_j2；

式中，L_j2为转子轭部的磁路计算长度。

定子通风结构的孔径为D_v，位置在距齿顶h_v处，计算定子通风结构磁密时，当磁密小于1.8T，定子齿磁饱和程度低于预设值时：

式中，b_v为新型定子通风结构处定子齿部宽度。

当此处齿部磁密大于1.8T，定子齿磁饱和程度大于预设值时，要进行一定修正，修正的方法和定子正常齿部计算时相同，此处不做介绍。

根据计算的磁密B_Zv，由硅钢片的磁化曲线可得对应定子齿磁场强度H_Zv。定子通风结构的磁压降为：

F₆＝H_ZvD_v；

进一步的，可以对发电机各段磁压降和励磁电流计算。进而结合发电机基本参数中的定转子电流和损耗公式计算得到发电机的热源。

根据所述空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降确定所述发电机电磁网络计算模型。

所述发电机电磁网络计算模型为：

F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆＝F₀；

其中，F₁，F₂，F₃，F₄，F₅和F₆分别为空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子通风结构磁压降；F₀为基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的励磁磁势(或励磁磁势和电枢磁势的合成磁势)。

根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性建立的通风流体网络计算模型，包括：根据发电机风扇参数建立的风扇压头工作特性，根据发电机通风结构和定子齿内冷通风结构，建立对应的风阻网络模型，进而得到如图3所示的发电机通风系统的流体网络模型。

通风流体网络模型主要计算定子通风结构的位置、大小与流体网络各关键点的风量、风速关系，基于伯努利方程，建立的通风流体网络计算模型为：

式中，ρ为空气密度，v₁为位置1的速度，v₂为位置2的速度，p₁为位置1的压力，p₂为位置2的压力，△p为压力差。

根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性建立的热阻网络计算模型，包括：

建立包含基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的三热源热阻网络，参见图4所示，三热源热阻网络，其中三热源包括：定子铁心P_Fe、定子绕组P_Cu1和转子P_Cu2构成的三个热源热路，根据三热源确定热阻网络计算模型，包括：

定子绕组端部表面传给空气的热阻R_C1；

径向通风道中的绕组表面传给空气的热阻R_C2；

定子绕组与定子铁心之间的热阻R_CF；

铁心径向通风道表面与空气之间的热阻R_F1；

定子铁心内圆表面与空气之间的热阻R_F2；

定子铁心外圆表面与空气之间的热阻R_F3；

定子齿部铁心与定子新型齿内冷通风孔之间的热阻R_F5；

定、转子间气隙热阻R₁₂；

转子端部与空气之间的热阻R₂；

定子铁心和机座之间的间隙的传导热阻R_δ；

机座表面散热热阻R_K。

S102：将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；

在本步骤中，基于所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行物理关系联立得到耦合的三域网络模型，包括：

通过发电机电磁网络计算模型确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的空气隙磁密、定子齿磁密、定子轭磁密、转子齿磁密、转子轭磁密和定子齿内冷通风结构磁密，将各个磁密代入磁密损耗数学方程，将定转子电流代入磁密损耗数学方程，计算得到基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机各类损耗作为发电机温度计算的热源赋值；将流体网络模型计算的通风系统中各关键部位的风速v₁，v₂，….v_n代入计算发电机对流散热系数的数学方程，进一步代入牛顿散热定律的公式完成电磁、流体和热阻三个独立网络计算模型的耦合，三域网络模型。

S103：根据所述三域网络模型确定定子通风结构的孔径和位置对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；

在本步骤中，通过三域网络模型计算定子通风结构的孔径D_v和位置h_v对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的电磁、流体、温度的影响函数。

S104：根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；

在本步骤中，根据所述影响函数关系能够确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据，收集该运行数据能够得到基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集，并建立大数据集。

S105：根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的孔径和位置进行寻优。

在本步骤中，基于运行数据集和预设算法能够确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化模型，根据该优化模型对定子齿内冷通风结构的孔径和位置进行优化，达到预设的目标函数和限制条件。

其中，设算法包括：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、神经网络和模糊算法中至少一种。目标函数和限制条件可以根据基于定子齿内冷通风结构空冷发电机的关心的设计参量进行设置，可以以减少发电机温升为目标函数T₁，T₂，…T_n，也可以根据不同的要求对不同的目标函数和限制条件进行设置。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，通过根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的孔径和位置进行寻优，能够确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的齿内冷通风最优结构，进而提高空冷发电机的工作效率，并具有计算方便快捷，易实现的有益效果。

本发明实施例提供了一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化装置，参见图5，具体包括：

建模单元10于根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

耦合单元20于将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；

函数单元30根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；

数据集单元40，用于根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；

优化单元50，用于根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风的空冷发电机的定子齿内冷结构的孔径和位置进行寻优。

装置中各模块所实现的功能与方法实施例中相应的操作步骤对应，这里不再赘述。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化装置，通过根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的齿内冷结构的孔径和位置进行寻优，能够确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的通风最优结构，进而提高空冷发电机的工作效率，并具有计算方便快捷，易实现的有益效果。

本发明实施例提供了一种电子设备，参见图6，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行如下方法：根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的齿内冷结构的孔径和位置进行寻优。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的电磁、流体和温度的影响函数关系；根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集；根据所述运行数据集和预设算法对基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的齿内冷结构的孔径和位置进行寻优。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置/系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，包括：

根据空冷发电机的基本参数、结构尺寸和材料属性分别建立带有定子齿内冷通风结构位置、齿内冷通风结构尺寸的发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行物理关系联立得到耦合的三域网络模型；

根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对空冷发电机的电磁、流体和温度的影响规律和函数关系运行数据集；

根据所述运行数据集和预设算法对空冷发电机的定子齿内冷通风结构的孔径和位置进行寻优。

2.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，所述发电机电磁网络计算模型为：

F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆＝F₀；

其中，F₁，F₂，F₃，F₄，F₅和F₆分别为空气隙磁压降、定子齿磁压降、定子轭磁压降、转子齿磁压降、转子轭磁压降和定子齿内冷通风结构磁压降；F₀为基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的励磁磁势。发电机电磁网络计算模型中的定子齿内冷通风结构磁压降F₆的值与定子齿内冷通风结构的位置、大小相关，进而可以确定齿内冷通风结构的位置、大小与发电机磁密的关系。

3.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，根据空冷发电机的参数建立通风流体网络计算模型，包括：特征在于根据发电机风扇参数建立的风扇压头工作特性，根据发电机通风结构和定子齿内冷通风结构，建立对应的风阻网络模型，进而得到发电机通风系统的流体网络模型。

4.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，根据所述的通风流体网络计算模型，计算得到定子齿内冷通风结构位置、大小与流体网络各关键点的风量、风压、风速的关系。

5.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，所述的热阻网络计算模型，包括定子铁心、定子绕组和转子构成的三个热源热路，热阻网络包含：定子绕组端部表面传给空气的热阻R_C1；径向通风道中的绕组表面传给空气的热阻R_C2；定子绕组与定子铁心之间的热阻R_CF；铁心径向通风道表面与空气之间的热阻R_F1；定子铁心内圆表面与空气之间的热阻R_F2；定子铁心外圆表面与空气之间的热阻R_F3；定子齿部铁心与齿内冷通风孔之间的热阻R_F5；定、转子间气隙热阻R₁₂；转子端部与空气之间的热阻R₂；定子铁心和机座之间的间隙的传导热阻R_δ和机座表面散热热阻R_K。

6.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，所述将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行物理关系联立得到耦合的三域网络模型，是将电磁网络模型计算得到的发电机各部件磁密代入相应损耗计算方程，计算得到发电机各类损耗作为发电机热阻网路计算模型的热源赋值；将流体网络模型计算得到的通风系统中各关键部位的风速代入发电机对流散热系数的计算方程，进一步代入牛顿散热定律的公式完成所述的电磁网路计算模型、流体网路计算模型和热阻网路计算模型的耦合。

7.根据权利要求1所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法，其特征在于，所述预设算法包括：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、神经网络和模糊算法中至少一种。

8.一种基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化装置，其特征在于，包括：

建模单元，用于根据空冷发电机的参数分别建立带有定子齿内冷结构的发电机电磁网络计算模型、通风流体网络计算模型和热阻网络计算模型；

耦合单元，用于将所述发电机电磁网络计算模型、所述通风流体网络计算模型和所述热阻网络计算模型进行耦合得到三域网络模型；

函数单元，用于根据所述三域网络模型确定定子齿内冷通风结构的孔径和位置对基于定子通风结构的空冷发电机的电磁、流体和温度的影响规律和函数关系；

数据集单元，用于根据所述影响函数关系确定基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的运行数据集运行数据集；

优化单元，用于根据所述运行数据集和预设算法对基于定子通风结构的空冷发电机的孔径和位置进行寻优。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线；其中，

处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

处理器用于调用存储器中的逻辑指令，以执行权利要求1-8任一项所述的基于定子齿内冷通风结构的空冷发电机的优化方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1-8任一项所述的基于定子通风结构的空冷发电机的优化方法。

Images