屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法技术

屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，属于屏蔽电机技术域

【技术实现步骤摘要】
屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法


[0001]本专利技术涉及屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，属于屏蔽电机技术域
。

技术介绍

[0002]电机是依据电磁感应定律实现电能转化为机械能的一种电磁装置，在工业领域中广泛使用
。
在特殊工业应用场合，主要是医疗化工等有腐蚀和放射性介质需要传输的领域，在引入电机后，还需在气隙两侧添加物理屏蔽结构，即屏蔽电机
。
物理屏蔽结构由耐腐蚀合金钢材料制成且在端部有紧密相连的支撑结构件，在气隙和端部磁场作用下，会形成独属于电机物理屏蔽结构件涡流损耗和物理屏蔽结构与支撑结构件间的环流损耗
。
各种损耗的存在使得电机极易端部温度过高而导致停机，严重影响企业的生产效率
。
因此，对屏蔽电机端部温度的研究已经成为一个重要课题
。
[0003]通常来说，屏蔽电机端部沿轴向温度分布总体呈现从上到下逐渐升高的趋势，绕组端腔中温度较高，且下端腔峰值温度高于上端部
。
这种现象是由于屏蔽电机端部下部的主泵温度很高，高于屏蔽电机端部温度，因此会通过热传导将热量传递到屏蔽电机端部而造成的
。
定子绕组的峰值温度通常为
169.5℃
，采用
H
级绝缘等级，而主泵的温度通常会超过
250℃
，需要
C
级绝缘等级
。
这样通过热传导就有可能使定子绕组的峰值温度超过绝缘耐热等级峰值温度；此外，绕组正常运行时，峰值温度为
169.5℃
，但如果连续工作，或者出现故障，绕组中的最高温度就会超过
169.5℃
，就有可能超过绝缘耐热等级峰值温度
。
这会导致绝缘老化，出现绝缘性能降低
、
绝缘材料变脆
、
机械强度变低
、
寿命大大降低等等现象，从而造成危险
。
综上所述，对屏蔽电机端部温度进行实时监控和控制是十分必要的
。
[0004]数字孪生技术作为智能制造重要应用模式，是一种数据驱动的智能服务新模式与技术手段
。
数字孪生利用虚拟建模
、
数据融合
、
虚实交互等技术，搭建物理空间与虚拟空间信息传递桥梁，加快了工业化生产向实时
、
高效
、
智能化方向发展的进程
。
因此，针对以上不足，需要借助数字孪生技术研究屏蔽电机端部温度
。

技术实现思路

[0005]针对现有屏蔽电机定子端部温度不能被实时准确监控易造成电机故障的问题，本专利技术提供一种屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法
。
[0006]本专利技术的一种屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，包括，
[0007]步骤一：在屏蔽电机定子端部的各组件上分别选择关键测温点，采用热传感器采集关键测温点的实际温度；所述屏蔽电机定子端部的各组件由下至上依次为定子屏蔽套
、
锥形环和支撑筒
、
定子绕组
、
定子压板及定子铁芯；
[0008]步骤二：利用解析法计算屏蔽电机定子端部的各组件与相邻组件或空气接触面的初始换热系数；
[0009]再将定子屏蔽套的两个接触面初始换热系数或定子铁芯的两个接触面初始换热系数的
50
％至
150
％作为对应接触面换热系数的变化范围；
[0010]采用电机定子端部温度有限元模型在换热系数的变化范围内取值并迭代计算对应组件关键测温点的仿真温度；将仿真温度与实际温度的相对误差
≤5
％时对应的换热系数作为对应组件的修正后换热系数；
[0011]步骤三：采用电机定子端部温度有限元模型的温度计算函数根据已计算获得的修正后换热系数依次计算相邻下一个组件的关键测温点的仿真温度；根据仿真温度与实际温度建立温度计算函数，再结合当前组件的初始换热系数进行迭代计算，得到当前组件的修正后换热系数；
[0012]步骤四：根据所有修正后换热系数修正电机定子端部温度有限元模型，得到初级电机定子端部温度有限元模型；
[0013]步骤五：将由初级电机定子端部温度有限元模型计算获得的各关键测温点的仿真温度与实际温度进行拟合，得到仿真温度拟合曲线和实际温度拟合曲线；对于两条拟合曲线过拟合或欠拟合对应的目标关键测温点实际温度，采用定子端部热网络模型计算与目标关键测温点相关的节点温度并进行实际温度的补充或替换，再进一步拟合仿真温度拟合曲线和实际温度拟合曲线；直到两条拟合曲线的拟合结果达到预期阈值确定最终仿真温度拟合曲线后，确定最终电机定子端部温度有限元模型，采用最终电机定子端部温度有限元模型实现屏蔽电机定子端部温度的数字孪生
。
[0014]采用最终电机定子端部温度有限元模型实现屏蔽电机定子端部温度的数字孪生
。
[0015]根据本专利技术的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，所述关键测温点的选择方法为：
[0016]对于定子压板和定子铁芯：分别沿径向分为三段，选择每段的径向中点作为关键测温点；
[0017]对于定子屏蔽套
、
锥形环和支撑筒及定子绕组：分别沿轴向分为三段，选择每段的轴向中点作为关键测温点；
[0018]以每个关键测温点为中心在对应组件上开槽放置导线，同时在槽底的中心进一步设置凹槽用于容纳热传感器
。
[0019]根据本专利技术的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，热传感器的温度敏感元件呈椭圆形，热传感器使用导热胶固定在凹槽内，并在热传感器的上表面设置隔热材料层
。
[0020]根据本专利技术的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，屏蔽电机定子端部的各组件与相邻组件或空气接触面包括：
[0021]定子屏蔽套与空气接触面
、
定子屏蔽套与锥形环和支撑筒接触面
、
锥形环和支撑筒与定子压板接触面
、
定子压板与定子铁芯接触面
、
定子铁芯与空气接触面以及定子绕组与空气接触面
。
[0022]根据本专利技术的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，温度计算函数为
f(q)
：
[0023]f(q)
＝
[T
*
‑
T(q)]2，
[0024]式中
T
*
为关键测温点的实际温度，
T(q)
为关键测温点的仿真温度，
q
为换热系数；
[0025]通过计算
f(q)
的最小值，得到当前组件的修正后换热系数
。
[0026]根据本专利技术的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，修正后换热系数的计算方法为：
[0027]对温度计算函数
f(q)
求导，使导数值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，其特征在于包括，步骤一：在屏蔽电机定子端部的各组件上分别选择关键测温点，采用热传感器采集关键测温点的实际温度；所述屏蔽电机定子端部的各组件由下至上依次为定子屏蔽套
、
锥形环和支撑筒
、
定子绕组
、
定子压板及定子铁芯；步骤二：利用解析法计算屏蔽电机定子端部的各组件与相邻组件或空气接触面的初始换热系数；再将定子屏蔽套的两个接触面初始换热系数或定子铁芯的两个接触面初始换热系数的
50
％至
150
％作为对应接触面换热系数的变化范围；采用电机定子端部温度有限元模型在换热系数的变化范围内取值并迭代计算对应组件关键测温点的仿真温度；将仿真温度与实际温度的相对误差
≤5
％时对应的换热系数作为对应组件的修正后换热系数；步骤三：采用电机定子端部温度有限元模型的温度计算函数根据已计算获得的修正后换热系数依次计算相邻下一个组件的关键测温点的仿真温度；根据仿真温度与实际温度建立温度计算函数，再结合当前组件的初始换热系数进行迭代计算，得到当前组件的修正后换热系数；步骤四：根据所有修正后换热系数修正电机定子端部温度有限元模型，得到初级电机定子端部温度有限元模型；步骤五：将由初级电机定子端部温度有限元模型计算获得的各关键测温点的仿真温度与实际温度进行拟合，得到仿真温度拟合曲线和实际温度拟合曲线；对于两条拟合曲线过拟合或欠拟合对应的目标关键测温点实际温度，采用定子端部热网络模型计算与目标关键测温点相关的节点温度并进行实际温度的补充或替换，再进一步拟合仿真温度拟合曲线和实际温度拟合曲线；直到两条拟合曲线的拟合结果达到预期阈值确定最终仿真温度拟合曲线后，确定最终电机定子端部温度有限元模型，采用最终电机定子端部温度有限元模型实现屏蔽电机定子端部温度的数字孪生
。
采用最终电机定子端部温度有限元模型实现屏蔽电机定子端部温度的数字孪生
。2.
根据权利要求1所述的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，其特征在于，所述关键测温点的选择方法为：对于定子压板和定子铁芯：分别沿径向分为三段，选择每段的径向中点作为关键测温点；对于定子屏蔽套
、
锥形环和支撑筒及定子绕组：分别沿轴向分为三段，选择每段的轴向中点作为关键测温点；以每个关键测温点为中心在对应组件上开槽放置导线，同时在槽底的中心进一步设置凹槽用于容纳热传感器
。3.
根据权利要求2所述的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，其特征在于，热传感器的温度敏感元件呈椭圆形，热传感器使用导热胶固定在凹槽内，并在热传感器的上表面设置隔热材料层
。4.
根据权利要求3所述的屏蔽电机定子端部温度的数字孪生方法，其特征在于，屏蔽电机定子端部的各组...

【专利技术属性】
技术研发人员：高莲莲，刘旭，梁艳萍，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：