[发明专利]用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法

权利要求书

1.用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)根据交流牵引电机定子绕组的结构建立定子绕组等效模型；

步骤2)根据步骤1所得定子绕组等效模型确定该模型与定子铁芯槽壁及槽楔间隔离层的结构与宽度；

步骤3)根据步骤2所得隔离层的结构与宽度确定隔离层中对应绝缘层与气隙的结构与初始宽度，再根据电机其余部件的结构参数，建立交流牵引电机的三维有限元模型；

步骤4)根据步骤3所得交流牵引电机的三维有限元模型进行温度场分析，得到交流牵引电机的温度场分布图，并选取定子绕组等效模型表面某处的温度作为待测值；

步骤5)按间距设定值改变定子绕组等效模型的气隙宽度，再分别建立交流牵引电机的三维有限元模型，求解不同气隙宽度下交流牵引电机的温度场分布，并分别测取定子绕组等效模型表面与步骤4中某处对应的温度；

步骤6)针对步骤5所得N组定子绕组等效模型的气隙宽度与其相应的温度数据进行数值拟合，得到定子绕组等效模型气隙宽度与温度间的计算公式(8)：

h₁(T)＝ae^bT+ce^dT (8)

式中：h₁(T)为绕组气隙宽度函数；T为绕组等效模型表面某处的温度；a、b、c、d分别为气隙宽度函数的系数；e为自然对数函数的底数；

步骤7)实测电机定子绕组与其等效模型表面某处对应的实际温度，并将实测的实际温度代入上述计算公式(8)，得到与实测的实际温度对应的气隙宽度，该气隙宽度即作为当前交流牵引电机定子绕组建模所对应的最佳气隙宽度。

2.根据权利要求1所述的用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，步骤1在建模过程中将定子绕组中多匝铜线等效为单匝铜线，单匝铜线的截面积与多匝铜线的截面积相等，且单匝铜线的截面形状与定子槽型相同，单匝铜线的截面积通过公式(1)求得：

s₁＝nπr₁² (1)

式中：s₁为单匝铜线的截面积，r₁为定子绕组多匝铜线中每匝铜线的半径，n为定子绕组多匝铜线的匝数。

3.根据权利要求1所述的用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，步骤2中定子绕组等效模型与定子铁芯槽壁及槽楔间隔离层的宽度处处相等，所述隔离层的宽度通过公式(2)计算而得：

式中：h为隔离层的宽度，r为定子槽底半径，s₂为定子槽截面面积。

4.根据权利要求1所述的用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，步骤3中隔离层中对应气隙的初始宽度设定为定子槽内单层铜线的等效气隙宽度，具体为：

式中：h₁为隔离层中气隙的初始宽度。

5.根据权利要求1所述的用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，步骤3中隔离层中对应绝缘层的初始宽度为：

h₂＝h-h₁ (4)

式中：h₂为隔离层中绝缘层的初始宽度。

6.根据权利要求1所述的用于交流牵引电机温度场分析的定子绕组气隙建模方法，其特征在于，步骤4的具体操作是：

步骤4-1)针对交流牵引电机三维有限元模型进行网格划分；

步骤4-2)针对网格划分后的交流牵引电机三维有限元模型施加热源；

步骤4-3)设置交流牵引电机三维有限元模型的边界条件和对流换热系数；

步骤4-4)针对三维有限元模型进行温度场有限元计算，从而获得交流牵引电机温度场分布图，并选取绕组等效模型表面某处的温度作为待测值。