汽轮发电机定子线圈模型的建立

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1、2007UFC中国用户论文集汽轮发电机定子线圈模型的建立张干张丽邓忠生东方电机股份有限公司-1-2007UFC中国用户论文集汽轮发电机定子线圈模型的建立张干张丽邓忠生东方电机股份有限公司摘要：本文介绍了汽轮发电机定子线圈在UGNX4平台上三维参数化模型建立的技术方法。关键词：汽轮发电机定子线圈参数化模型1引言我公司推行UG三维设计，目的是从电子图版升级到模型设计，实现从ComputerAidedDrawing向ComputerAidedDesign转变，提高产品设计质量，并为公司推行PDM、ERP提供源头数据。应用模式为：建立造型，以各产品专业的典型模型库为基础进行设计,缩短产品设

2、计周期。汽轮发电机的定子线圈比较复杂，其各个部分参数之间的关联性非常强。而且为了满足电机的电气性能和绝缘性能的要求，其端部是沿着一根渐开线扫掠形成的。而这根渐开线是缠绕在锥面上的。所以做线圈的关键是做它的引导线，特别是在锥面上的渐开线部分。-2-2007UFC中国用户论文集2定子线圈在UGNX2上的造型技术2.1对参考坐标系的要求在UG中建立三维模型，参考坐标系有两个，工作坐标系和绝对坐标系。绝对坐标系在一个模型中的位置是唯一确定的，不论模型怎么变化，绝对坐标系的原点和三个坐标的方向都是不变的。而工作坐标系的位置可以任意改变，原点和三个坐标的方向都可改变。把工作坐标系移到一个具体的

3、位置之后，如果以此时工作坐标系（原点或者三个坐标方向）为参考做了一个特征或曲线，则工作坐标系改变的时候，特征和曲线不会跟着变化。当把工作坐标系移到一个特征上之后，当特征变化的时候，工作坐标系的位置也不会跟着改变。如果要想使做出的线圈模型能够驱动，则整根线圈必须建立在绝对坐标系的基础上，因为绝对坐标系是不会变化的。2.2外部锥面展开理论分析汽发线圈有外部展开和内部展开两种。在此次建模时，以1000MW电机外部锥面展开为例。绝对坐标系确定如下：绝对坐标系的Y轴在电机的轴线上，原点在定子铁心的中点上，而汽端在Y轴的正方向，励端在Y轴的负方向。首先要把渐开线缠绕的锥体做出来，用截面线绕轴线

4、旋转的方法做。如果用UG中自带的体素来生成，则此锥体的位置是确定的，无法驱动。渐开线的公式有两种，在极坐标系下和正交坐标系下。⎛−1⎛Ra⎞⎞−1⎛Ra⎞在极坐标系下的公式为θ=tan⎜cos⎜⎟⎟−cos⎜⎟。其中，Ra为基圆半径，⎝⎝R⎠⎠⎝R⎠H×z1R=。H为相邻线棒中心线间的距离，z为定子槽数，G为锥的半顶角。因a()12×π×sinGRg为渐开线的起始半径R=+DK，由公式可知渐开线的起始角度θ，又由公式k10sinG360×N×sin(G)γ=可求出渐开线的分布角，N为半个线圈的跨距，结合θ也就知道了0z1-3-2007UFC中国用户论文集⎛−1⎛Ra⎞⎞−1⎛Ra⎞

5、渐开线上任一点的θ值。但是公式θ=tan⎜cos⎜⎟⎟−cos⎜⎟是一个超越方程，无⎝⎝R⎠⎠⎝R⎠−1法求出其反函数R=f()θ。如果用参数方程来表示，把θ作为参变量，只能用迭代的方法求出一些点的R值。⎛−1⎛Ra⎞⎞−1⎛Ra⎞因而公式θ=tan⎜cos⎜⎟⎟−cos⎜⎟在UG中无法直接使用。公式中各个参数的意⎝⎝R⎠⎠⎝R⎠义如图1所示。Ra图1渐开线在正交坐标系下的公式是使用参数方程来表示的。即x=x()s,y=y()s,a≤s≤b。表示渐开线变化的角度，如图2所示。s-4-2007UFC中国用户论文集图2x=x()s=R×cos(s)+R×rad(s)×sin(s)aay

6、=y()s=Ra×sin(s)−Ra×rad(s)×cos(s)图2中的工作坐标系和三维线圈模型中的绝对坐标系之间有一定的差别，所以要通过三维图形的几何变换来实现。3渐开线的造型及理论分析3.1绕Z轴旋转图形由图2可知，渐开线的起点和基圆圆心的连线并不总是竖直的。但由实际的线棒可知，渐开线的起点和基圆圆心的连线总是竖直的。为了保持线圈的正确性，就需要旋转图形。由渐开线的极坐标方程可以求出起始角度θ，则图形从X轴向Y轴旋转的角度为0ap=90−θ，ap代表第一次旋转的角度。101在右手坐标系下相对坐标原点绕Z轴旋转θ角的变换公式是：***[xyz1]=[xyz1]cosθsinθ00

7、sinθcosθ0000100001-5-2007UFC中国用户论文集***xyz代表变换后的参数方程。变换之后，渐开线起点和基圆圆心的连线就是竖直的了。3.2绕X轴旋转图形渐开线是缠绕在锥体上的，第一次变换后的参数方程所表示的曲线与工作坐标系的Z轴之间依然是垂直的关系。而实际的渐开线是倾斜的，倾斜的角度为锥的半顶角。所以要旋转图形，使图形绕着X轴,从Y轴向Z轴旋转的角度为ap=G，G为锥的半顶角，ap代22表第二次旋转的角度。在右手坐标系下相对坐标原点绕X轴旋转θ角