[發(fā)明專(zhuān)利]一種大中型電機(jī)運(yùn)行溫升可靠度的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810081395.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108334687B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇寶云;許夢(mèng)凡;陸霞;郭嬙;湯黎明;薛成龍;張偲;劉地;趙方玲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/08
• 代理公司: 揚(yáng)州蘇中專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 32222
• 代理人: 沈志海

1.一種大中型電機(jī)運(yùn)行溫升可靠度的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

A.電機(jī)繞組溫升主要影響因素確定；

B.電機(jī)發(fā)熱量的計(jì)算；

C.不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組溫升計(jì)算；

D.電機(jī)繞組溫升影響因素隨機(jī)數(shù)字特征確定；

E.不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組運(yùn)行溫度理論最小、最大值計(jì)算；

F.電機(jī)繞組運(yùn)行溫度小于某一給定溫度的可靠度的計(jì)算；

G.不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組運(yùn)行溫度小于給定溫度的可靠度計(jì)算；

H.電機(jī)繞組運(yùn)行溫升可靠度的計(jì)算；

步驟A中所述的電機(jī)繞組溫升主要影響因素確定如下：

電機(jī)溫升的熱源包括：繞組損耗、鐵芯損耗、勵(lì)磁損耗，采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)的方式來(lái)進(jìn)行電機(jī)冷卻時(shí)，還需考慮通風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量；經(jīng)計(jì)算比較，影響電機(jī)溫升的主要因素有電機(jī)運(yùn)行功率、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、繞組絕緣層厚度、通風(fēng)槽換熱面積、通風(fēng)量；

步驟B中所述的電機(jī)發(fā)熱量計(jì)算如下：

電機(jī)的發(fā)熱量，主要來(lái)源于鐵芯損耗、繞組損耗和勵(lì)磁損耗，電機(jī)推力軸承和導(dǎo)軸承機(jī)械損耗產(chǎn)生的熱量由冷卻器中的冷卻水帶走，不計(jì)入通風(fēng)冷卻負(fù)荷，其中鐵芯損耗計(jì)算公式為：

式中：K_a—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；f—交變頻率；p₀—f為50Hz時(shí)鐵芯單位質(zhì)量鐵耗；B—磁通密度；M_Fe—鐵芯的質(zhì)量；

定子繞組銅耗可用計(jì)算公式為：

式中：m_p—電機(jī)相數(shù)；m_c—絕緣溫升系數(shù)，B級(jí)絕緣選1.4，F(xiàn)級(jí)絕緣選1.48；I₁—相電流；r₁—相電阻；

同步電機(jī)勵(lì)磁繞組銅耗可用下式計(jì)算：

式中：I₂—?jiǎng)?lì)磁電流；r₂—?jiǎng)?lì)磁繞組電阻；

采用風(fēng)機(jī)通風(fēng)的電機(jī)，需考慮通風(fēng)摩阻損耗，通風(fēng)摩阻損耗功率為：

P_V＝Qp (4)

式中:Q-通風(fēng)量；p-電機(jī)通風(fēng)時(shí)，空氣通過(guò)電機(jī)過(guò)程中產(chǎn)生的全壓損失；

步驟C中所述的不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組溫升計(jì)算如下：

首先計(jì)算電機(jī)通風(fēng)道及通風(fēng)回路各部分的阻力系數(shù)，根據(jù)配用風(fēng)機(jī)的風(fēng)量～全壓性能曲線與通風(fēng)系統(tǒng)需要風(fēng)壓曲線，確定風(fēng)機(jī)實(shí)際工況點(diǎn)的風(fēng)量；再根據(jù)風(fēng)道布置，確定各段通風(fēng)道內(nèi)的實(shí)際風(fēng)速；由風(fēng)速求得換熱表面的換熱系數(shù)，然后代入溫升計(jì)算公式，求得某環(huán)境溫度下的電機(jī)溫升；

沿程壓力損失為：

式中，i—通風(fēng)回路沿程損失序號(hào)；m—通風(fēng)回路沿程損失總數(shù)；λ—沿程阻力系數(shù)；l—流道長(zhǎng)度；d—流道等效直徑，當(dāng)流道為矩形管道時(shí)h—矩形管道斷面的高；b—矩形管道斷面的寬；ρ—空氣的密度；v—空氣平均流速；A—為流道橫截面面積；

局部壓力損失為：

式中：j—局部阻力的序號(hào)；n—局部風(fēng)阻總數(shù)；ζ—局部損失系數(shù)；

n個(gè)局部風(fēng)阻串聯(lián)而成的風(fēng)路，其等值風(fēng)阻為：

n個(gè)局部風(fēng)阻并聯(lián)而成的風(fēng)路，其等值風(fēng)阻為：

定子通風(fēng)槽總面積為：

S₁＝2z₁l₁(h_n+b_n) (9)

式中：h_n—槽高；b_n—槽寬；l₁—定子鐵芯長(zhǎng)度；z₁—定子通風(fēng)槽數(shù)；

定子鐵芯的通風(fēng)口總面積為：

S₂＝z₁b_nh_n (10)

定子鐵芯內(nèi)外圓總面積為：

S₃＝π(D₁+D₂)h_s (11)

式中：D₁—定子鐵芯外圓直徑；D₂—定子鐵芯內(nèi)圓直徑；h_s—定子鐵芯高度；

定子鐵芯總散熱面積為：

S_Fe＝S₁+S₃-2S₂ (12)

定子繞組與鐵芯的接觸面積為：

S₄＝n₁L₁h₁ (13)

式中：n₁—繞組條數(shù)；L₁—繞組與鐵芯接觸面周長(zhǎng)；h₁—繞組與鐵芯接觸面高度；

風(fēng)道空氣平均流速為：

v＝Q/s (14)

式中：s—風(fēng)道截面積；

徑向通風(fēng)槽表面換熱系數(shù)：

繞組溫升為：

式中：Δt₁—繞組絕緣層溫降；Δt_Fe1—鐵芯內(nèi)部平均溫差；Δt_Fea—鐵芯段表面與空氣之間溫差；Δt_a—空氣溫升；—由銅傳至鐵芯的損耗分量；δ—繞組絕緣層厚度；q—沿鐵芯軸向流動(dòng)的單位體積熱量；L_Fe1—鐵芯長(zhǎng)；P₁—通過(guò)鐵芯散發(fā)的損耗；λ₁—繞組絕緣導(dǎo)熱系數(shù)，絕緣導(dǎo)熱系數(shù)與溫度有關(guān)，用迭代逼近法求得不同環(huán)境溫度下的絕緣導(dǎo)熱系數(shù)；k_Fe—系數(shù)；α—通風(fēng)槽表面換熱系數(shù)；∑P—電機(jī)總發(fā)熱量；C_a—空氣體積比熱容；Q—通風(fēng)量；

計(jì)算電機(jī)通風(fēng)道阻力系數(shù)，結(jié)合風(fēng)機(jī)性能曲線可確定風(fēng)機(jī)實(shí)際通風(fēng)量和通風(fēng)磨阻損耗，計(jì)算出不同環(huán)境溫度下，電機(jī)繞組在確定的影響因素作用下的溫升，加上環(huán)境溫度，得到電機(jī)繞組運(yùn)行溫度；

步驟D中所述的電機(jī)繞組溫升影響因素隨機(jī)數(shù)字特征確定是通過(guò)取任一隨機(jī)變化的因素值與原確定的值之比，即為該因素的相對(duì)值，隨機(jī)影響因素包括電機(jī)相對(duì)功率δ_P、電網(wǎng)相對(duì)電壓δ_V、繞組絕緣層相對(duì)厚度δ_D、通風(fēng)槽相對(duì)換熱面積δ_A和相對(duì)通風(fēng)量δ_Q，上述因素的隨機(jī)變化范圍分別為：[δ_Pmin,δ_Pmax]、[δ_Vmin,δ_Vmax]、[δ_Dmin，δ_Dmax]、[δ_Amin，δ_Amax]和[δ_Qmin，δ_Qmax]，各個(gè)影響因素的溫升變化計(jì)算公式分別表達(dá)為隨機(jī)影響因素δ_P、δ_V、δ_D、δ_A和δ_Q的函數(shù)g₁(δ_P)、g₂(δ_V)、g₃(δ_D)、g₄(δ_A)和g₅(δ_Q)，即：

Δt_P＝g₁(δ_P) (17)

Δt_V＝g₂(δ_V) (18)

Δt_D＝g₃(δ_D) (19)

Δt_A＝g₄(δ_A) (20)

Δt_Q＝g₅(δ_Q) (21)

影響因素相對(duì)值隨機(jī)變化的概率密度函數(shù)確定方法如下：

根據(jù)電機(jī)繞組影響因素隨機(jī)變化范圍(x_min,x_max)，確定概率密度函數(shù)f(x)，概率密度分布形式為拋物線分布，開(kāi)口向下，計(jì)算公式為：

f(x)＝ax²+bx+c(a≠0) (22)

式中：a、b、c為x的二次多項(xiàng)式系數(shù)；

按照概率密度函數(shù)的非負(fù)性，將影響因素隨機(jī)變化范圍的上限、下限值代入，概率密度值為0，定義域內(nèi)其他取值的概率密度值均大于0；按照概率密度函數(shù)的規(guī)范性，概率密度函數(shù)與x軸圍成的面積為1，具體公式如下：

聯(lián)立式(23)、(24)和(25)求解出概率密度函數(shù)二次多項(xiàng)式系數(shù)a、b、c，從而得到概率密度函數(shù)；電機(jī)繞組溫升幾類(lèi)影響因素均采用該方法分別求解出對(duì)應(yīng)的概率密度函數(shù)；

步驟E中所述的不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組運(yùn)行溫度理論最小、最大值計(jì)算是將某一環(huán)境溫度下電機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)溫度與各因素引起溫升減小或增大的極限值相累加得到該環(huán)境溫度下電機(jī)繞組運(yùn)行溫度的理論最小、最大值，計(jì)算公式如下：

t_Cu1min＝t_a+t_m+Δt_Pmin+Δt_Vmin+Δt_Dmin+Δt_Amin+Δt_Qmin (26)

t_Cu1max＝t_a+t_m+Δt_Pmax+Δt_Vmax+Δt_Dmax+Δt_Amax+Δt_Qmax (27)

式中：t_a為環(huán)境溫度；Δt_Pmin、Δt_Vmin、Δt_Dmin、Δt_Amin、Δt_Qmin和Δt_Pmax、Δt_Vmax、Δt_Dmax、Δt_Amax、Δt_Qmax分別為式(17)～(21)計(jì)算的最小值和最大值；用式(26)、(27)分別計(jì)算出不同環(huán)境溫度下電機(jī)繞組運(yùn)行理論最低溫度和理論最高溫度。