本發明專利技術涉及一種基于三維溫度場仿真模型的電機運行三維溫度場分布的虛擬測試方法，其首先安裝基于三維溫度場仿真軟件建立參數化電機三維溫度場建模程序；實際測試環境溫度與定子繞組電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度；建立準確的被試電機定子三維溫度場仿真模型；利用該模型對電機運行三維溫度場分布的虛擬測試，實現包括故障在內的各種運行狀態下電機穩態溫度分布及瞬態溫度變化的虛擬測量，可以給出電機內部任意位置的溫度值及不同時刻電機各部位的溫度分布圖，實現電機運行三維溫度場分布的虛擬測試，節省大量實際測試消耗的人力物力與時間，使用方便，不僅可以應用于異步電動機設計，而且可以應用于異步電動機保護。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于三維溫度場仿真模型的電機運行三維溫度場分布的虛擬測試方法，屬電機溫度保護
技術介紹
由于堵轉、過載、斷相、三相不平衡、過電壓、欠電壓、風扇損壞等故障將造成電動 機熱損壞，溫度是影響電機壽命的主要因素，也是制約電機長期過載運行能力的主要因素。 電動機故障熱損壞造成巨大的經濟損失，準確掌握各種運行負載情況下電機三維溫度分 布及溫度變化規律是電機設計特別是電機保護研究的重要內容，不但可以為電機優化設計 提供指導，而且可以為電機保護提供依據，但是如果要了解掌握各種運行負載情況下電機溫度分布及溫度變化規律，必須進行大 量長時間的、各種類型與參數負載下運行的實際測試，不僅消耗大量人力物力，而且不可能 進行全面的各種類型故障各種運行狀態下的三維溫度場分布的測試，這就是長期以來人們 無法也沒有對電機運行三維溫度場的實際溫度分布進行大量測試的原因，由于電機熱特性 與熱參數的復雜性，人們只有依靠許多經驗數據或很大范圍內理論參數的粗略選擇進行建 立溫度場的仿真模型研究，并采用簡單負載下實際溫度分布進行驗證的工作，比如夏正澤 等在《微特電機》2009年第4期發表的論文“異步牽引電動機定子溫度場的計算與分析” 介紹了二維定子溫度場仿真模型在空載與額定負載下溫度場并進行實驗對比，王艷武等在 《中國電機工程學報》2009年第24期發表的論文“異步電動機定子繞組匝間短路三維溫度 場計算與分析”介紹了三維定子溫度場仿真模型并以空載下電機表面溫度實測進行對比， 但是這些研究都僅僅是進行建立三維定子溫度場仿真模型的研究，這些模型都沒有經過三 維溫度場實際溫度分布的驗證，更沒有在各種負載條件下實際溫度分布的驗證，而實際負 載比如空載與額定負載長期連續運行、各種過載運行、循環負載、三相不平衡負載、斷相、變 化負載等遠遠不是現有仿真模型研究過的內容，因此這些模型的準確性無法確定，只能是 處于研究之中，特別是至今沒有人提出將這些模型應用于電機各種負載下溫度分布的虛擬 測試的思路與方案，或者說目前人們的研究不可能也沒有將模型應用于虛擬測試。此外，目前進行電動機三維定子溫度場仿真模型的研究全部都在電機研究設計領 域，在電機領域或行業進行仿真模型研究的目的是針對電動機設計，而電動機保護研究主 要是電器領域或行業，或者說電動機熱保護技術、保護裝置、保護器等研究制造都屬電器領 域或行業，然而電器領域與行業的人員沒有進行電動機溫度場仿真模型的研究，這是目前 電動機保護研究的現狀。本課題組研究方向的重點是電器智能化研究，成員中有電器研究人員也有電機研 究人員，我們考慮到必須對電動機溫度場的實際分布情況有深入地了解才能實現準確地保 護，因此我們開始對型號為Y100L2-4，額定功率為3kW的籠型轉子感應電動機各部位埋設 了 64個溫度傳感器，實際測試了各種代表性運行狀態下的溫度分布，從而進行了大量實際 測試，掌握了一手資料，進而在這些基礎上建立了準確的三維定子溫度場仿真模型，由于仿真模型以實際測試為基礎確定各種熱參數，因此，仿真模型準確地實現各種故障與運行狀 態下溫度分布，了解到電動機溫度分布與變化規律，為實現電動機熱保護奠定基礎，本來研 究工作到此可以結束，但是擺在面前的問題是我們了解了溫度分布情況，其他研究人員又 如何能了解、應用這項成果，而且如果換一種型號或規格的電動機，用戶同樣無法了解其溫 度分布規律，因此本課題組產生了在電動機保護或電動機研究領域均未提出過的應用本課 題組已經完成的三維定子溫度場仿真模型進行虛擬測試并具通用性的思路，并且完善虛擬 測試方法與界面，解決了各種異步電動機無法進行各種故障與運行狀態下溫度分布實際測 試的問題，使三維定子溫度場仿真模型獲得新的更大的工程應用。舉例說明，除了必須在電 動機制造過程在電動機內埋設大量傳感器并研制測試裝置等大量工作外，如果進行一項穩 定負載運行的實際溫度分布測試，必須花費7-8小時，溫度才能穩定，然而應用本專利技術只在 被試電機端部方便地膠上1-3個傳感器進行一次簡單測試建立準確的仿真模型即可，而無 須在制造過程進行，在建立仿真模型后卻只需要2-3分鐘就完成上述需要花費7-8小時才 能完成的一項穩定負載運行的實際溫度分布測試，更何況從此可以方便地進行各種任意故 障與運行狀態下溫度分布測試。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本專利技術提出了一種基于三維溫度場仿真模型的電機運行三維溫度場分布的虛擬測試方法，實現了電機運行三維溫度場分布的虛擬測試。為實現上述目的，本專利技術方法的特征在于步驟如下步驟1 安裝基于三維溫度場仿真軟件建立參數化電機三維溫度場建模程序； 步驟2 實際測試環境溫度與定子繞組電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度； 步驟3 根據被測試電機的要求將結構尺寸、材料特性參數、實測環境溫度與定子繞組 電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度輸入到基于三維溫度場仿真軟件建立參數化電 機三維溫度場建模程序的結構尺寸和材料特性參數輸入界面，建立準確的被試電機定子三 維溫度場仿真模型；步驟4 根據測試的需要輸入負載的類型、電機三相電流、環境溫度、電源電壓參數到 被試電機定子三維溫度場仿真模型的溫度分布測試界面，在溫度分布測試界面選擇需要進 行溫度分布狀況測試的電動機部件；步驟5 運行被試電機定子三維溫度場仿真模型的程序；步驟6 讀取、打印需要進行溫度分布狀況測試的電動機部件的溫度變化曲線和三維 溫度分布結果。所述基于三維溫度場仿真軟件是ANSYS仿真軟件或ANSOFT仿真軟件。本專利技術的有益效果是本專利技術的基于三維溫度場仿真模型的電機運行三維溫度場 分布的虛擬測試方法，可實現包括故障在內的各種運行狀態下電機穩態溫度分布及瞬態溫 度變化的虛擬測量，可以給出電機內部任意位置的溫度值及不同時刻電機各部位的溫度分 布圖，實現電機運行三維溫度場分布的虛擬測試，節省大量實際測試消耗的人力物力與時 間，使用方便，不僅可以應用于異步電動機設計，而且可以應用于異步電動機保護。附圖說明圖1是本專利技術建立溫度場模型界面的示意圖。圖2是本專利技術溫度測試界面示意圖。具體實施例方式由于電機熱特性與熱參數的復雜性，只有通過必要的實際測試確定相關熱特性與 熱參數后建立的三維溫度場仿真模型才是準確的，本專利技術在對異步電動機三維溫度分布進 行必要的實際測試的基礎上建立了基于三維溫度場仿真軟件的參數化電機三維溫度場建 模程序；異步電動機三維溫度分布大量實際測試表明，異步電動機最高溫度區是定子繞組 電動機傳動側端部靠近接線盒處，根據被測試電機的要求輸入結構尺寸、材料特性參數、實 測的環境溫度與定子繞組電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度到基于三維溫度場仿 真軟件建立參數化電機三維溫度場建模程序的結構尺寸和材料特性參數輸入界面，建立準 確的被試電機定子三維溫度場仿真模型，確定了異步電動機的相關熱參數，從而通過簡單 容易的測試在上述基于三維溫度場仿真軟件的參數化電機三維溫度場建模程序的基礎上 建立準確的被試電機定子三維溫度場仿真模型；再根據測試的需要輸入負載的類型、電機 三相電流、環境溫度、電源電壓等參數到被試電機定子三維溫度場仿真模型的溫度分布測 試界面，在溫度分布測試界面選擇需要進行溫度分布狀況虛擬測試的電動機部件；運行被 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于仿真模型的電機運行三維溫度場分布的虛擬測試方法，其特征在于包括如下步驟：步驟１：安裝基于三維溫度場仿真軟件建立參數化電機三維溫度場建模程序；步驟２：實際測試環境溫度與定子繞組電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度；步驟３：根據被測試電機的要求將結構尺寸、材料特性參數、實測環境溫度與定子繞組電動機傳動側端部靠近接線盒處穩態溫度輸入到基于三維溫度場仿真軟件建立參數化電機三維溫度場建模程序的結構尺寸和材料特性參數輸入界面，建立準確的被試電機定子三維溫度場仿真模型；步驟４：根據測試的需要輸入負載的類型、電機三相電流、環境溫度、電源電壓參數到被試電機定子三維溫度場仿真模型的溫度分布測試界面，在溫度分布測試界面選擇需要進行溫度分布狀況測試的電動機部件；步驟５：運行被試電機定子三維溫度場仿真模型的程序；步驟６：讀取、打印需要進行溫度分布狀況測試的電動機部件的溫度變化曲線和三維溫度分布結果。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：江和，楊明發，劉向軍，張培銘，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：35[中國|福建]
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