[发明专利]基于多场耦合计算的电机绝缘寿命预测方法

权利要求书

1.基于多场耦合计算和测试数据的电机绝缘寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：根据电机绝缘系统所在位置的实际结构，建立绝缘不同程度结构故障下，包裹绝缘的实体模型；

步骤2：建立磁-电-热-流耦合场的数学模型；

步骤3：将数学模型附于实体模型，设置边界条件、热流密度、电流密度，采用有限元方法迭代计算，求得绝缘不同程度结构故障下的磁场、电场、热场和流场；

步骤4：对绝缘不同程度结构故障下的介电常数进行测试；

步骤5：根据在绝缘不同程度结构故障下的耦合场计算结果和测试的介电常数，对数据进行归一化处理，采用BP神经网络方法对绝缘的剩余寿命进行预测。

2.根据权利要求1所述基于多场耦合计算和测试数据的电机绝缘寿命预测方法，其特征在于：步骤1中，建立的绝缘不同结构故障的实体模型，包含：主绝缘、铁心、空气域、绕组和层间绝缘。

3.根据权利要求1所述基于多场耦合计算和测试数据的电机绝缘寿命预测方法，其特征在于：步骤2中，建立的磁-电-热-流耦合场的数学模型，

其中，(1)、磁场满足下式：

式中，Ω为交变电磁场的角频率(单位：rad/s)；υ为介质的磁导率(单位：H/m)；J_e为外部引入的电流面密度(单位：A/mm²)；A为矢量磁位；σ为导电率(单位：S/m)；

(2)、电场满足下式：

J＝σE+J_e (2)

式中，J为电流面密度(单位：A/mm²)；E为电场强度(单位：V/m)；U为电压(单位：V)；

(3)、热场满足下式：

式中，K为热通量矢量(单位：W/m²)；T为温度(单位：℃)；κ为塞贝克系数(单位：V/K)；λ为导热系数[单位：w/(m·K)]；

考虑到常物性，▽κ＝0，稳态计算，▽J＝0；

因此有:

式中，ρ_e为电阻率(单位：Ω·m)；Q为热流体密度(单位：W/m³)；q为单位时间内单位体积发热量(单位：J/m³)；

式(6)中共2个部分，分别为反应热传导的热能和焦耳热大小；

(4)、流场满足下式：

流体运动满足质量守恒和动量守恒方程，在流体运动区域，采用标准k-ε方程；

质量守恒方程：

动量守恒方程：

标准k-ε方程：

其中，ρ为流体质量密度(单位：kg/m³)；t为时间(单位：s)；v_r为相对速度矢量(单位：m/s)；r为转动坐标系中的微元体的位置矢量(单位：m)；p为作用于空气微元体上的静压力(单位：Pa)；τ为因分子粘性作用而产生的作用于微元体表面的粘性应力(单位：N/m²)；F为微元体上的体积力(单位：N/m³)；v为绝对速度(单位：m/s)；c为定压比热[单位：(J/kg·K)]；S_r为单位体积内热源产生的热量与c的比值[单位：(kg·K)/m³]；k为湍流动能(单位：J)；ε为扩散因子；V为流体速度矢量(单位：m/s)；G_k为紊流产生率(单位：％)；u_t为紊流粘性系数；G_1ε、G_2ε为常量；σ_k和σ_ε为紊流普朗克常数；

磁-电场之间的耦合以电流面密度为媒介；

电-热-流场之间的耦合方程是以温度为中介，电-热场耦合满足下式：

Q＝J×E (11)

由于股线的电阻率也受温度影响，而电阻率影响基本铜损耗的大小，因此，电阻率和温度的关系也影响发电机定子的电场和热场；

ρ_e＝ρ₀[1+η(T-T₀)] (12)

式中，ρ_e为修正计算后的电阻率(单位：Ω·m)；ρ₀是导体在室温下的电阻率(单位：Ω·m)；η是导体电阻的温度系数(单位：K^-1)；T₀为室温(单位：℃)；

热-流场耦合满足下式：