一种大电机定子线棒换位结构参数化建模方法与流程

本发明的目的是公开一种大型发电机定子线棒换位结构参数化建模方法。

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，为了解决水轮发电机线棒涡流损耗的问题，在大电机定子线棒中通常采用多股线来代替线芯，但由于股线在槽部所处位置不同，切在端部由鼻端连接。导致交链的漏磁通不同，股线间会产生电势差，形成环流，所以往往在槽部采用换位结构。但是在进行槽部有限元分析的时候往往由于换位结构复杂，建模存在很大困难，定子线棒槽部三维模型的参数化建模可以有效的解决这一问题，对于后续的有限元分析意义重大。

技术实现要素：

本发明主要针对定子线棒槽部三维模型建模困难的问题，提出了一种大电机定子线棒槽部三维模型的参数化建模方法。

本发明使用三维建模软件ptccreo进行建模，开发一套完整的定子线棒换位三维模型自动建模体系，通过输入线棒换位的截距、换位角度、参与换位的股线根数、股线宽度、股线长度、股线排间距、股线列间距、换位抬高距离、线棒中间插入空换位段的位置，以及空换位段长度等参数，实现模型的自动化构建。

附图说明

图1为定子线棒建模流程图。

图2为阵列1后的模型图。

图3为阵列2后的模型图。

图4为阵列3后的模型图。

图5为两排股线非换位处模型。

图6为换位搭接截面图。

图7为换位搭接实体图。

图8为定子线棒换位模型图。

图9为加入空换位段的定子线棒换位模型图。

具体实施方式：

1.本发明的建模方法为参数化建模，模型的参数分别为：换位节距t，股线根数n，股线宽度gw，股线长度gl，股线列间距qw，股线排间距ql，换位抬高高度tg，换位角度phi，空换位起始所在的截距段n1，空换位长度l。

2.建模流程思想如图1所示，在该图中由于定子线棒是由两排股线编制换位而成，所以作图时首先将两排股线非换位处的模型做好，然后在两排股线间搭接换位部分，之后对换位好的线棒进行修剪，得到不同换位角度的定子线棒换位模型，最后在换位的中间某个位置插入空换位段。

3.构建单排股线非换位处模型：

(1)线棒单排股线的非换位处建模采用阵列的方式，在front平面上构建一个矩形1作为阵列的约束条件，矩形10的宽如式(1)所示：

sd0＝(n/2-1)*(gw+qw)(1)

矩形10的长如式(2)所示：

sd1＝2*n*t(2)

(2)以矩形10的右边和下边为基准构建线段1，线段1的长度在x方向的分量及y方向分量分别由公式(3)、(4)约束：

sd2＝t(3)

sd1＝gw+qw(4)

以上述线段为作为扫描线，过线段的一个端点构建一个平行于left平面的平面1，并在此平面上以线段的端点为中心构建一个矩形1，矩形1的长和宽分别如式(5)、(6)所示：

sd1＝gl(5)

sd0＝gw(6)

以上述线段为扫描线，以上述矩形作为扫描截面进行扫描，得到扫描1。以扫描1为基体，以矩形10的下边和右边作为约束，沿着这两条边且平行线段1方向做尺寸阵列，得到阵列1，尺寸大小由式(7)约束，阵列1的个数由式(8)约束：

d192＝gw+qw(7)

n/2-1(8)

阵列1后的模型如图2所示。

(3)以矩形10的上边和下边作为基准，在平行于直线1的方向上绘制线段2，以线段2在矩形10上边的顶点与矩形的右边距离作为约束条件，距离如式(9)所示：

sd11＝t(9)

同理，按照步骤(2)中所示，以线段2的一个端点为基准，以相同的方式构建平面2，并绘制矩形2，矩形2的长和宽同样按照公式(10)和(11)进行约束，同理，构建扫描2和阵列2(阵列2以矩形10的上下边作为约束)，阵列2的尺寸和数量由式(12)，(13)所示：

sd1＝gl(10)

sd0＝gw(11)

d427＝t(12)

p441＝3*(n/2)(13)

阵列2后的模型如图3所示：

(4)以矩形10的左边和上边作为基准，同理按照步骤(2)构建线段3，线段3的长度在x方向和y方向上的分量以式(14)，(15)进行约束，同样以线段3的一个端点为基准，按照步骤(2)中的方式构建平面3，并绘制矩形3，矩形3的长和宽按照式(16)，(17)进行约束，同理，构建扫描3和阵列3(以矩形的左边和上边作为基准)，阵列3的尺寸和数量由式(18)，(19)所示：

sd2＝t(14)

sd3＝qw+gw(15)

sd1＝gl(16)

sd0＝gw(17)

d714＝gw+qw(18)

p722＝n/2-1(19)

阵列3后的模型如图4所示。至此，单排股线非换位部分模型部分建立完成。

4.另一排股线非换位处的模型构建：

(1)以平行于front平面方向，构建平面11，距离设定为：gl+ql，以平面11为基准，以矩形10为基体进行镜像，得到矩形11。根据步骤3所述，同理构建另一排股线非换位部分模型。

(2)根据步骤3的(2)所述，以矩形11的右边和上边作为基准，同理按照步骤3构建线段4，线段4的长度在x方向和y方向上的分量以式(20)，(21)进行约束，同样以线段4的一个端点为基准，按照步骤3中方式构建平面4，并绘制矩形4，矩形4的长和宽按照式(22)，(23)进行约束，同理，构建扫描4和阵列4，阵列4的尺寸和数量由式(24)，(25)所示：

sd2＝t(20)

sd5＝qw+gw(21)

sd1＝gl(22)

sd0＝gw(23)

d740＝gw+qw(24)

p835＝n/2-1(25)

(3)根据步骤3的(3)所述，以矩形11的上边和下边作为基准，在平行于直线4的方向上绘制线段5，以线段5在矩形11上边的顶点与矩形的右边距离作为约束条件，距离如式(26)所示：

sd15＝t(26)

以线段5的一个端点为基准，以相同的方式构建平面5，并绘制矩形5，矩形5的长和宽同样按照公式(27)和(28)进行约束，同理，构建扫描5和阵列5，阵列5的尺寸和数量由式(29)，(30)所示：

sd1＝gl(27)

sd0＝gw(28)

d847＝t(29)

p857＝3*(n/2)(30)

(4)按照步骤3的(4)所述，以矩形11的左边和上边作为基准，构建线段6，线段6的长度在x方向和y方向上的分量以式(31)，(32)进行约束，同样以线段6的一个端点为基准，构建平面6，并绘制矩形6，矩形6的长和宽按照式(33)，(34)进行约束，构建扫描6和阵列6，阵列6的尺寸和数量由式(35)，(36)所示：

sd2＝t(31)

sd3＝qw+gw(32)

sd1＝gl(33)

sd0＝gw(34)

d783＝gw+qw(35)

p791＝n/2-1(36)

阵列6后的模型如图5所示。至此，单排股线非换位部分模型部分建立完成。

5.跨排换位建模：

(1)过线段1的右顶点，做平面12，始之与left平面平行。以矩形1的左右两边为基准，在平面12上构建矩形7，矩形7的宽度由式37所示，矩形底边距离x轴的距离由式38约束，先以矩形7为基体，以y轴为基准进行镜像，得到矩形8，再以矩形7和8为基体，以x轴为基准做镜像，得到矩形9和10如图6所示。以矩形7，8，9，10为基体，沿x轴方向进行两次阵列，阵列距离为t，得到矩形11，12，13，14。

(2)做平面13平行于平面12，且距离为t/4，在此平面上绘制大小与矩形7相同的四个矩形，其中两个高于矩形7，8距离为tg，另外两个低于矩形9，10距离为tg，四个矩形分别命名为矩形15，16，17，18。以矩形15，16，17，18为基体沿着x轴方向做阵列，阵列次数为2，距离设为t/2，得到矩形19，20，21，22。

(3)使用混合功能依次连接矩形8，16，19，11，形成混合1，再次使用混合功能连接矩形10，18，21，13，形成混合2。如图7所示。

(4)以混合1和混合2为基体，沿着x轴进行阵列，阵列的距离为t，阵列的个数由式37控制：

p899＝2*n(37)

至此，定子线棒股线换位模型建立完成，如图8所示。

6.定子线棒换位角度控制：

构建平面14，平行于平面13且距离设置为(2*n*t/720)*phi，以平面14为基准，采用实体化切除功能，保留平面12于平面13之间的位置，改变phi的大小，即可达到改变换位角度的目的。

7.线棒中间插入空换位段：

构建平面15平行于平面13且距离设置为n1*t，以平面15为基准，通过实体化切除功能将已经建立好的线棒模型分割为两部分，保存为两个模型，应用装配功能在装配环境下将这两段模型专配起来，距离设置为l，通过混合功能将两个模型中对应的股线进行混合，得到空换位段模型。至此定子线棒换位三位参数化模型建立完成，完整模型如图9所示。