本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)電磁技術(shù)，特別涉及一種確定表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的便捷計(jì)算方法，可用于表冷定子發(fā)電機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)機(jī)內(nèi)冷卻介質(zhì)的不同，表冷定子發(fā)電機(jī)通常有空冷、氫冷兩大類。表冷定子冷卻結(jié)構(gòu)使得發(fā)電機(jī)具有冷卻結(jié)構(gòu)簡單，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻小等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)；另一方面，由于采用定子線圈表面冷卻這樣一種間接冷卻方式，冷卻效果差于線圈內(nèi)冷，且對于該類型發(fā)電機(jī)來說，其定子槽內(nèi)的溫度瓶頸在頂匝銅線處，因此定子槽內(nèi)頂匝銅線損耗計(jì)算的準(zhǔn)確性對機(jī)型開發(fā)的成敗至關(guān)重要。

2、針對定子槽內(nèi)頂匝銅線損耗計(jì)算這一技術(shù)難點(diǎn)，以往采用引進(jìn)程序進(jìn)行計(jì)算，由于該引進(jìn)程序內(nèi)部將電磁、損耗、通風(fēng)、散熱多物理場變量進(jìn)行了復(fù)雜的交織，且該程序?qū)Χㄗ硬蹆?nèi)頂匝銅線損耗也無輸出數(shù)值，因此工程應(yīng)用上非常不方便。為了快速而準(zhǔn)確地確定表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗就需要開發(fā)新的便捷計(jì)算方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對定子槽內(nèi)頂匝銅線損耗計(jì)算采用引進(jìn)程序進(jìn)行計(jì)算復(fù)雜度高、部分?jǐn)?shù)值輸出缺失的問題，提出了一種便捷計(jì)算表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的方法。采用便捷的損耗計(jì)算公式，快速計(jì)算出定子槽內(nèi)頂匝銅線損耗，為產(chǎn)品開發(fā)提供快速、準(zhǔn)確把控定子槽內(nèi)銅線發(fā)熱情況的便捷算法，以提高方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化的效率。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種便捷計(jì)算表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的方法，包括以下步驟：

4、步驟1、獲取并輸入完成計(jì)算所需的參數(shù)，包括定子上層銅線高acu1、定子下層股線高a′cu1、定子股線寬bcu1、定子上層每個(gè)線棒形導(dǎo)體中股線行數(shù)m1、定子下層每個(gè)線棒形導(dǎo)體中股線行數(shù)m′1、定子股線列數(shù)n1、定子繞組中交流電頻率fn、75℃時(shí)的定子銅導(dǎo)體電導(dǎo)率σ、定子電流in、定子繞組并聯(lián)支路數(shù)a1、定子鐵心長lt、銅的導(dǎo)磁率μ；

5、步驟2、計(jì)算槽內(nèi)上層每股銅線的基本銅耗q0，有：

6、

7、步驟3、計(jì)算槽內(nèi)下層每股銅線的基本銅耗q′0，有：

8、

9、步驟4、計(jì)算槽內(nèi)上層每股銅線的環(huán)流損耗qc，有：

10、qc＝kc·q0

11、其中，kc為環(huán)流損耗qc占直流損耗q0的比例，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)手冊，一般取kc＝0.12；

12、步驟5、計(jì)算電角速度ω，有：

13、ω＝2·π·fn

14、步驟6、計(jì)算交流電在定子銅導(dǎo)線中的透入深度δac，有：

15、

16、步驟7、計(jì)算槽內(nèi)上層渦流損耗與基本銅耗的比值系數(shù)ked，有：

17、

18、步驟8、計(jì)算槽內(nèi)下層渦流損耗與基本銅耗的比值系數(shù)k′ed，有：

19、

20、步驟9、計(jì)算槽內(nèi)上層每根銅線棒總的渦流損耗qe，有：

21、qe＝q0·m1·n1·ked

22、步驟10、計(jì)算槽內(nèi)下層渦流損耗與基本銅耗的比值系數(shù)q′e，有：

23、q′e＝q′0·m′1·n1·k′ed

24、步驟11、計(jì)算參數(shù)a，有：

25、

26、步驟12、計(jì)算參數(shù)b，有：

27、

28、對于定子槽內(nèi)從槽底向槽口數(shù)第n根股線的損耗為q＝a·n2+b,式中a,b為二次函數(shù)的系數(shù)；

29、步驟13、計(jì)算槽內(nèi)頂匝銅股線的渦流損耗qe，有：

30、

31、步驟14、計(jì)算槽內(nèi)頂匝銅股線損耗qcut，有：

32、qcut＝q0+qc+qe

33、采用excel語言基于步驟2記載的基本銅耗q0計(jì)算公式、步驟4記載的槽內(nèi)上層每股銅線的環(huán)流損耗qc計(jì)算公式、步驟7記載的槽內(nèi)上層渦流損耗與基本銅耗的比值系數(shù)ked計(jì)算公式、步驟11中步驟11中的參數(shù)a計(jì)算公式、步驟12中的參數(shù)b計(jì)算公式、步驟13記載的槽內(nèi)頂匝銅股線的渦流損耗qe的計(jì)算公式以及步驟14記載的槽內(nèi)頂匝銅股線損耗qcut計(jì)算公式，編制表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗自動(dòng)計(jì)算excel文件，將定子上層銅線高acu1、定子下層股線高a′cu1、定子股線寬bcu1、定子上層每個(gè)線棒形導(dǎo)體中股線行數(shù)m1、定子下層每個(gè)線棒形導(dǎo)體中股線行數(shù)m′1、定子股線列數(shù)n1、定子繞組中交流電頻率fn、75℃時(shí)的定子銅導(dǎo)體電導(dǎo)率σ、定子電流in、定子繞組并聯(lián)支路數(shù)a1、定子鐵心長lt、銅的導(dǎo)磁率μ輸入表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗自動(dòng)計(jì)算excel文件后，自動(dòng)計(jì)算得到表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗qcut。

34、進(jìn)一步的，實(shí)現(xiàn)原理如下：

35、分析模型表冷發(fā)電機(jī)的定子槽，槽內(nèi)有上層、下層線棒各一根，每個(gè)線棒中有兩排實(shí)心銅股線；在靠近槽口的上層線棒中，以左邊一列銅線為例，從槽底到槽口數(shù)，股線編號依次為1，2···m1；在靠近槽底的下層線棒中，以左邊一列銅線為例，從槽底到槽口數(shù)，股線編號依次為1，2···m′1；由于線棒內(nèi)實(shí)心股線之間有換位結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致線棒中左邊一列頂匝實(shí)心銅股線出線在線棒頂部中央，對于上層線棒該股線編號為m1，對于下層線棒該股線編號為m′1；

36、定子股線中的損耗，包括直流損耗、環(huán)流損耗和渦流損耗；

37、對于定子槽內(nèi)靠近槽底的下層線棒，從槽底向槽口數(shù)，第n根股線的損耗q′n為：

38、q′n＝a·n2+b——(i)

39、對于定子槽內(nèi)靠近槽口的上層線棒，從槽底向槽口數(shù)，第n根股線的損耗qn為：

40、qn＝a·n2+b+δ——(ii)

41、式中a,b為二次函數(shù)的系數(shù)；δ為上層線棒最靠近槽底的第1根股線損耗與下層線棒最靠近槽底的第1根股線損耗的差額；

42、將定子槽內(nèi)靠近槽底的下層線棒中股線1，2···m′1進(jìn)行損耗累加，得出下層總損耗為：

43、

44、將定子槽內(nèi)靠近槽口的上層線棒中股線1，2···m1進(jìn)行損耗累加，得出上層總損耗為：

45、

46、綜合式(i)～式(iv),并結(jié)合定子槽內(nèi)上下層線棒漏磁通分布特點(diǎn)，解出二次函數(shù)的系數(shù)a、b為步驟11、步驟12中的系數(shù)a、b表達(dá)式；據(jù)此，得出定子槽內(nèi)頂匝銅線渦流損耗計(jì)算公式為步驟13中qe表達(dá)式，進(jìn)而與直流損耗、環(huán)流損耗累加出頂匝股線的總損耗。

47、本發(fā)明的有益效果在于：

48、本發(fā)明通過輸入表冷定子發(fā)電機(jī)的11個(gè)電磁設(shè)計(jì)參數(shù)，通過簡單的14個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的快捷計(jì)算，適用于空冷同步發(fā)電機(jī)、氫冷空冷同步發(fā)電機(jī)。由于只需要輸入11個(gè)參數(shù)和14個(gè)計(jì)算步驟，即可實(shí)現(xiàn)表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的自動(dòng)計(jì)算，所以本發(fā)明能很好適應(yīng)相關(guān)新機(jī)技術(shù)方案開發(fā)的計(jì)算要求，達(dá)到便捷、迅速、準(zhǔn)確獲得表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的目的。規(guī)避了數(shù)值計(jì)算的仿真建模型的工作量和長計(jì)算時(shí)間，所以本發(fā)明克服了技術(shù)問題的不足，并獲得了輸入數(shù)據(jù)少、操作簡便、計(jì)算和繪制迅捷、過程簡明直觀等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種便捷計(jì)算表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便捷計(jì)算表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)原理如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種便捷計(jì)算表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的方法，通過輸入表冷定子發(fā)電機(jī)的11個(gè)電磁設(shè)計(jì)參數(shù)，通過簡單的14個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的快捷計(jì)算，適用于空冷同步發(fā)電機(jī)、氫冷空冷同步發(fā)電機(jī)。由于只需要輸入11個(gè)參數(shù)和14個(gè)計(jì)算步驟，即可實(shí)現(xiàn)表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的自動(dòng)計(jì)算，所以本發(fā)明能很好適應(yīng)相關(guān)新機(jī)技術(shù)方案開發(fā)的計(jì)算要求，達(dá)到便捷、迅速、準(zhǔn)確獲得表冷定子發(fā)電機(jī)頂匝銅線損耗的目的。規(guī)避了數(shù)值計(jì)算的仿真建模型的工作量和長計(jì)算時(shí)間，所以本發(fā)明克服了定子槽內(nèi)頂匝銅線損耗計(jì)算采用引進(jìn)程序進(jìn)行計(jì)算復(fù)雜度高、部分?jǐn)?shù)值輸出缺失的問題，獲得了輸入數(shù)據(jù)少、操作簡便、計(jì)算和繪制迅捷、過程簡明直觀優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張加林,鐘后鴻,毛毅,徐國俊,許宏宇,魏燕飛,張燕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華能海南發(fā)電股份有限公司南山電廠
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2