[发明专利]一种求解发电机定子端部绕组表面散热系数的新方法

摘要

本发明公开一种求解发电机定子端部绕组表面散热系数的新方法，该方法采用三维发电机端部瞬态电磁场，三维发电机端部温度场，傅里叶导热定律和牛顿放热定律相结合的新方法对定子端部绕组表面散热系数进行迭代计算，可以在仅知道某点温度的情况下，确定整个定子端部绕组表面散热系数和定子端部绕组温度的分布情况，为发电机内定子端部绕组表面散热系数的计算提供了新的途径。本发明具有计算准确，快速和占用服务器资源少的优点。

主权项

一种求解发电机定子端部绕组表面散热系数的新方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1、根据发电机端部区域的实际结构和尺寸建立了发电机端部区域定子端部构件的瞬态电磁场的计算模型，并根据各端部构件的实际尺寸、空间位置和大小，确定不同端部构件的最小划分网格尺寸后对三维端部瞬态电磁场的计算模型进行了网格划分，确定定子端部铜排的损耗值和定子端部各构件的损耗值；所述步骤S1中确定定子端部铜排的损耗值和定子端部各构件的损耗值具体如下：▿×ρ1▿×T-▿ρ1▿·T+∂μ1(T-▿ψ)∂t+∂μ1Hs∂t=0▿·μ1(T-▿ψ)=-▿·μ1Hs,---(1)]]>▿·μ1▿ψ=▿·μ1Hs,---(2)]]>Hs=14π∫ΩsJs×rr3dΩ,---(3)]]>三维端部瞬态电磁场计算模型的边界条件为：∂ψ∂n|S1,S2=0ψ|S3=ψ0,---(4)]]>初始化条件(t＝0s)：T|V1=T0(x,y,z)ψ|V1,V2=ψ0(x,y,z),---(5)]]>Pe=1T∫Σi=1kJe2Δeσr-1dt,---(6)]]>式中：V1包括铜屏蔽、压圈和压指；V2包括定子端部铜排、定子端部铁心和转子端部绕组；为拉普拉斯算符，ρ1为电阻率，T为矢量电位，μ1是磁导率，ψ为标量磁位，t是时间，Hs为磁场强度，Js是端部绕组中的电流密度，r为求解域的半径，Ωs为求解区域Ω的积分求解区域，n为S1和S2面的单位法向量，S1求解域的侧外表面，S2为求解域的上外表面，S3为求解域的端部截面，ψ0为初始时刻的标量磁位，T0是初始时刻的矢量电位，x为空间坐标系x轴的坐标值，y为空间坐标系y轴的坐标值，z为空间坐标系z轴的坐标值，Pe是损耗值，k为网格划分获得的剖分单元总数，i为剖分单元的序号，Je是剖分单元涡流密度，Δe是剖分单元体积，σr是电导率；步骤S2、对定子端部铜排和定子端部绕组建立表面散热系数的计算模型，根据定子端部铜排和定子端部绕组的实际尺寸、空间位置和大小，确定了这两个端部构件所有边上的网格节点数后对三维定子端部绕组表面散热系数的计算模型进行了网格划分；步骤S3、在步骤一中确定的定子端部铜排的损耗值和步骤二中确定的定子端部绕组表面散热计算模型的基础上，由傅里叶导热定律和牛顿放热定律可得定子端部绕组表面散热系数；所述步骤3中确定定子端部绕组表面散热系数的步骤为：301)根据给定的初始定子端部绕组表面散热系数，获取定子端部绕组温度；302)确定定子端部绕组表面散热系数和定子端部绕温度的收敛条件；303)确定定子端部绕组表面散热系数α′i+1＝α′i+β(α′i‑α′i‑1)，其中α′，α′i+1，α′i和α′i‑1是定子端部绕组表面散热系数，β为松弛因子，λ为定子端部绕组的导热系数，T1为与端部区域内流体接触的定子端部绕组表面温度，T2为距离定子端部绕组表面厚度为Δh绝缘薄片内侧的温度，Tf为端部区域流体的温度值。