一种可变速电机通风系统气压平衡模块及其结构优化方法技术方案

一种可变速电机通风系统气压平衡模块及其结构优化方法，属于电机技术领域。本发明专利技术解决了现有大型可变速电机绕组轴向温度分布不均，绕组轴向温差大，端部绕组温度过高的问题。本发明专利技术所述模块包括两个环形件，所述两个环形件平行设置，两个环形件之间设置有多个栅板，且等间隔排列，所述栅板的上端和下端分别与两个环形件的侧面垂直，且所述栅板沿环形件的径向排列。并对环形件的内径、环形件的外径、栅板的轴向高度和栅板间距进行优化。本发明专利技术适用于可变速电机通风系统。

【技术实现步骤摘要】
一种可变速电机通风系统气压平衡模块及其结构优化方法
本专利技术属于电机

技术介绍
大型可变速电机在跟踪负荷变化、调节电力系统无功功率、提高电力系统稳定性等方面具有明显优势，应用前景广阔。但大型可变速电机定、转子发热参数高，结构特殊且紧凑，转子端部绕组超出转子磁轭，其自身发热强度和冷却能力不匹配，导致转子端部绕组发热、冷却空气温升高，进而直接对定子绕组的冷却产生不利影响，定、转子端部绕组温升易超过绝缘限值考核标准，存在可变速电机绕组轴向温度分布不均，绕组轴向温差大，端部绕组温度过高的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有大型可变速电机绕组轴向温度分布不均，绕组轴向温差大，端部绕组温度过高的问题，提出了一种可变速电机通风系统气压平衡模块及其设计方法。本专利技术所述一种可变速电机通风系统气压平衡模块，包括两个环形件，所述两个环形件平行设置，两个环形件之间设置有多个栅板，且等间隔排列，所述栅板的上端和下端分别与两个环形件的侧面垂直连接，且所述栅板沿环形件的径向排列。进一步地，本专利技术中，栅板的宽度等于环形件内径与外径的差值。大型可变速电机通风系统气压平衡模块的结构优化方法，该方法包括步骤一、根据电机通风系统内的风路，计算电机通风系统中所有信息采集点的风量信号和绕组温度信号；获取电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线C0；步骤二、判断所有信息采集点的绕组温度是否大于130℃或所有信息采集点中任意两个信息采集点之间的温度差是否超过30℃，若任意一个信息采集点的绕组温度大于130℃或任意两个信息采集点之间的温度差超过30℃，执行步骤三；否则，返回执行步骤一；步骤三、根据电机通风系统转子支架进风口外径和转子绕组端部尺寸，设置环形件的内径R1、环形件的外径R2、栅板的轴向高度a和栅板间距b的初始值；获取初始气压平衡模块；步骤四、获得应用初始气压平衡模块时，电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线C1；并判断所述曲线C1的最大温度差是否小于A；若是，则确认此时的R1、R2、a、b为气压平衡模块的最优尺寸；否则，执行步骤五；其中，A为10到20度。步骤五、对气压平衡模块进行优化：增大环形件的外径R2，使R1与R2的差值及a、b的值增大5％；获取优化后的气压平衡模块；步骤六、获取应用优化后的气压平衡模块的电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线Ci；并判断所述曲线Ci的最大温度差是否小于A；若是，则确认所述曲线Ci对应的R1、R2、a、b为气压平衡模块的最优尺寸；完成可变速电机通风系统气压平衡模块的设计，否则，返回执行步骤五。进一步地，本专利技术中，根据电机通风系统内的风路，计算电机通风系统中所有信息采集点的风量信号和绕组温度信号的具体方法为：将电机内的风路等效成风阻元件，根据电机结构将风阻元件连接成流体计算网络，根据质量流量守恒的原理，建立线性方程并进行求解，获得所有信息采集点的风量信号；将电机内部元件等效为热阻元件，根据电机结构将热阻元件和代表损耗的热源搭建一维网络，包括所有的节点、单元、材料属性和边界条件特征，根据热传导和热对流的换热规律建立方程，求解获得信息采集点的绕组温度信号。本专利技术所述大型可变速电机气压平衡模块为两个端环之间焊接相同径向栅板的结构，气压平衡模块与大型可变速电机主体同轴，以焊接的方式固定在转子支架两端，当电机转动时，气压平衡模块一同转动，将冷却流体从其内径方向驱送至外径方向，提供平衡气压的流体，本专利技术针对大型可变速电机绕组轴向温度分布不均进行气压平衡，从而解决绕组轴向温差大，端部绕组温度过高的难题，容易实现并且效果显著。附图说明图1是本专利技术所述模块安装在大型可变速电机上的示意图；图2是本专利技术所述模块立体结构示意图；图3是本专利技术所述通风系统中风量分布计算模型；图中：Zre-转子端部绕组风阻；Zse-定子端部绕组风阻；ZPr-转子本体风阻；Zs-定子本体风阻。图4是包含本专利技术所述气压平衡模块的大型可变速电机通风系统的风量分布计算模型，ZPf-气压平衡模块动力源。图5是本专利技术所述绕组温度计算模型；图中：Re1、Re2、Re3、Re4、Re5、Re6-端部绕组热阻；Rs1、Rs2、Rs3、Rs4、Rs5、Rs6-直线段绕组热阻；Rt-铁心齿部热阻；Ry-铁心轭部热阻；Pe1、Pe2-端部绕组损耗；Ps-直线段绕组损耗；Pt-铁心齿部损耗；Py-铁心轭部损耗；图6是本专利技术所述端部绕组温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线；图中：为不包含气压平衡模块1的大型可变速电机绕组温度分布为包含气压平衡模块1的大型可变速电机绕组温度分布中间值为包含气压平衡模块1的大型可变速电机绕组温度分布极限值标记了气压平衡模块采用了设计值时的绕组温升曲线图7为本专利技术所述多组气压平衡模块压力随流量变化的Q-H特性曲线和端部绕组压力随流量变化的Q-H特性曲线；图中：为端部绕组流量压力特性为气压平衡模块流量压力特性中间值为气压平衡模块流量压力特性极限值标记了气压平衡模块采用了设计值时的工作点。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种可变速电机通风系统气压平衡模块，包括两个环形件，所述两个环形件平行设置，两个环形件之间设置有多个栅板，且等间隔排列，所述栅板的上端和下端分别与两个环形件的侧面垂直连接，且所述栅板沿环形件的径向排列。进一步地，本专利技术中，栅板的宽度等于环形件内径与外径的差值。气压平衡模块为沿圆周连续的多组相同通道，通道内径R1与转子支架进风口外径相同，通道外径R2距离转子绕组端部大于60mm，确保出流顺畅，首次设计时，取径向栅板的轴向高度b为转子绕组端部轴向长度的50％，径向栅板间距a按约等于径向栅板高度b取值，确保径向栅板沿圆周均匀分布。首次设计获得一组包含气压平衡模块的大型可变速电机的风量分布、绕组温度分布、气压平衡模块流量压力特性和端部绕组流量压力特性。大型可变速电机通风系统气压平衡模块的结构优化方法，该方法包括步骤一、根据电机通风系统内的风路，计算电机通风系统中所有信息采集点的风量信号和绕组温度信号；获取电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线C0；步骤二、判断所有信息采集点的绕组温度是否大于130℃或所有信息采集点中任意两个信息采集点之间的温度差是否超过30℃，若任意一个信息采集点的绕组温度大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变速电机通风系统气压平衡模块，其特征在于，包括两个环形件，所述两个环形件平行设置，两个环形件之间设置有多个栅板，且等间隔排列，所述栅板的上端和下端分别与两个环形件的侧面垂直连接，且所述栅板沿环形件的径向排列。/n

【技术特征摘要】
1.一种可变速电机通风系统气压平衡模块，其特征在于，包括两个环形件，所述两个环形件平行设置，两个环形件之间设置有多个栅板，且等间隔排列，所述栅板的上端和下端分别与两个环形件的侧面垂直连接，且所述栅板沿环形件的径向排列。


2.根据权利要求1所述的一种可变速电机通风系统气压平衡模块，其特征在于，栅板的宽度等于环形件内径与外径的差值。


3.权利要求1所述大型可变速电机通风系统气压平衡模块的结构优化方法，其特征在于，该方法包括
步骤一、根据电机通风系统内的风路，计算电机通风系统中所有信息采集点的风量信号和绕组温度信号；获取电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T特性曲线C0；
步骤二、判断所有信息采集点的绕组温度是否大于130℃或所有信息采集点中任意两个信息采集点之间的温度差是否超过30℃，若任意一个信息采集点的绕组温度大于130℃或任意两个信息采集点之间的温度差超过30℃，执行步骤三；否则，返回执行步骤一；
步骤三、根据电机通风系统转子支架进风口外径和转子绕组端部尺寸，设置环形件的内径R1、环形件的外径R2、栅板的轴向高度a和栅板间距b的初始值；获取初始气压平衡模块；
步骤四、获得应用初始气压平衡模块时，电机通风系统转子绕组端部温度沿轴向长度分布的l-T...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦光宇，王建刚，金波，韩荣娜，刘双，杨越，刘平超，王海，顾鑫国，于涛，韩佳丽，
申请(专利权)人：哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司，哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23