一种水轮发电机定子绕组端部的精确建模方法与流程

本发明的目的是公开一种大型水轮发电机定子线棒端部结构的建模方法

背景技术：

改善电机绝缘体系的制造和设计水平，可以提高我国大电机制造和设计的整体水平，为了降低水轮发电机端部出槽口处的电场分布，提高绝缘性能，大型水轮发电机在定子绕组端部都要采用分段防晕的方法，为了研究电机端部表面电场的分布情况，需要对定子线棒进行精确建模，模型包括线棒主体铜芯，主绝缘及防晕层结构，从而模拟真实电机线棒结构。

水轮发电机定子线棒端部的电场计算及作图，是发电机设计过程中最为繁琐的部分，传统的模型分析中没有明确的水轮发电机的建模过程，而且没有考虑真实水轮发电机的圆弧转结构，这与真实水轮发电机的结构有一定出入，而且由于防晕层结构非常薄，传统的加厚方式建立防晕层时会出现一定程度的表面干涉，发生干涉时不能准确分析电场分布情况，出现一定偏差，不利于防晕结构的设计。

为了得到真实水轮发电机定子绕组的端部结构，改善传统施加防晕层时存在的干涉问题，本发明提供了一种新的水轮机定子线棒端部结构的建模方式。

技术实现要素：

本发明主要针对现有建模方法的不足，提供了一种大型水轮发电机定子线棒端部结构的建模方法。

在传统建模过程中平转角度的基础上加上了圆弧转角度，通过讨论角度的大小找到最适合的圆弧转角度，从而有效降低了损耗，均化了线棒的端部电场分布。

采用加厚的方式得到了主绝缘结构，同时在主绝缘表面得到了不同分段结构的较薄的防晕结构，对于较薄的防晕层采用了偏移、实体化、分割的功能，可以分别对线棒的阻层进行不同电阻率的赋值，得到了真实水轮发电机端部的线棒结构，为防晕优化及线棒设置提供一定的技术支持。

附图说明

1.图1是投影到拐角平面上的轨迹线。

2.图2是完整的水轮发电机定子绕组端部的线棒结构。

3.图3是通过加厚方式得到的线圈主绝缘的结构图。

4.图4是采用偏移，实体化得到的防晕层的中阻层。

5.图5是水轮发电机定子绕组端部结构示意图，包括铜芯、主绝缘和防晕层。

具体实施方式：

大型水轮发电机定子线棒端部结构的建模方法，其具体步骤包括：

1.模型的基本参数包括，定子线圈端部的仰角为α，控制线棒轴向方向的扭转角度为β，终端圆弧旋转角度为γ，铜排宽度、高度、转角半径分别为W₁、H₁、J₁，线棒宽度W₂，线棒高度H₂。低阻层延伸至出槽口直线长度L₁，中阻层长度L₂，中高阻层长度L₃，高阻层长度L₄，主绝缘厚度d₁，防晕层厚度d₂。

2.生成拐角平面，在Creo软件中，首先画出一条带有角度β的斜线，长度设为线棒在空间上的宽度值W₂，做出在空间上对应的平面。

3.建立线棒截面，保证截面位于始端的圆弧上，并与始端圆弧垂直，按照线棒长度及高度做出在平面上的轨迹，然后将所得轨迹投影到所做平面上，得到线棒扫描轨迹，如图1所示。

4.对平面上的轨迹进行扫描，扫描是指把选中的面按照制定的路径拉伸成为实体，即得到线棒端部主体的实体结构，选择平面时需要在过渡转角处两端圆弧处画出铜排的图形，在扫描过程中需要给予一定的扭转角补偿。

5.生成整根三维线棒：在步骤4中生成的过渡转角始端平面，通过拉伸生成线棒的直线部分，拉伸是指把选中的面按照直线路径拉伸成实体，从而得到整跟电机端部线棒，如图2所示。

6.生成端部主绝缘结构：在建立三维线棒后，需要在线棒外部增设厚度为L₁的主绝缘结构，这里采用加厚方式，加厚是指在铜芯的基础上在外层加设一定的厚度，但是线圈的首尾两端不需要加厚，采用去除材料的方式去除，如图3所示。

7.生成防晕层结构：对于曲面结构，用加厚方法设置非常薄的防晕层时会和内绝缘层产生干涉，干涉是指两曲面会发生相互接触，不能对所建模型完全赋值，在建立防晕层结构时需要分段建立，将绝缘内面组复制，这样所取面组为绝缘面组，将所取面组偏移一个较厚的厚度，再采用偏移、去除材料、分割的方式分别得到所需的厚度和长度，一共取3段防晕结构其中中阻防晕层如图4所示。

8.采用装配体将建模的铜芯，主绝缘及防晕层结构逐一进行装配，得到水轮发电机定子绕组端部线棒结构如图5，用以有限元仿真分析。