電動(dòng)機(jī)定子鐵心振動(dòng)模態(tài)分析研究

崔麗佳

摘 要：做好定子鐵心的振動(dòng)特征分析，早已成為進(jìn)一步降低電機(jī)電磁噪音的重要手段。尤其是在實(shí)際操作中，我們可以發(fā)現(xiàn)，如若對(duì)電機(jī)進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，其所得到的固有頻率雖然比較準(zhǔn)確，但是在電機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)階段卻存在著許多的難題，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成本也較高，不利于實(shí)際應(yīng)用。而相反的，如若使用理論法進(jìn)行計(jì)算，不僅分析實(shí)驗(yàn)容易實(shí)現(xiàn)，其成本較低且分析速度也較快，亦可對(duì)電機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)方向起到指導(dǎo)作用。因此，該文作者結(jié)合ANSYS有限元軟件，對(duì)感應(yīng)電機(jī)的定子固有頻率進(jìn)行計(jì)算，以期為降低電機(jī)噪聲提出有益的參考。

關(guān)鍵詞：有限元 振動(dòng)模態(tài) 固有頻率 振動(dòng) 噪聲

中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0035-01

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有限元軟件原來越普及，對(duì)以往計(jì)算和分析問題的方法帶來新的變革。該文通過理論結(jié)合ANSYS有限元軟件分析電機(jī)定子鐵心振動(dòng)模態(tài)和固有頻率，為新產(chǎn)品研發(fā)之初就能充分降低電機(jī)噪聲，避免電機(jī)振動(dòng)做了分析研究。

1 振動(dòng)模態(tài)分析與求解方法

所謂的振動(dòng)模態(tài)分析，其實(shí)質(zhì)就在于以系統(tǒng)的各階段模態(tài)向量所組成的模態(tài)矩陣為基礎(chǔ)，并利用系統(tǒng)自身的固有模態(tài)正交性，對(duì)所選擇的物理坐標(biāo)進(jìn)行線形變化，使其所得到的振動(dòng)系統(tǒng)能夠成為一組彼此獨(dú)立的模態(tài)方程。特別是又可以將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換看為是線性變換，所以模態(tài)分析又可被定義為是系統(tǒng)內(nèi)部的各階段模態(tài)的線形組合，模態(tài)分析也可被定義為模態(tài)疊加。因此，也可以說各階段模態(tài)的響應(yīng)直接決定了系統(tǒng)內(nèi)各階段模態(tài)在疊加中的所占比重。

目前，我們?cè)谟?jì)算定子的固有頻率時(shí)普遍使用2種方法：（1）解析解算法，此種方法屬于典型的機(jī)電類比法，可以說該種方法的運(yùn)用，雖然能夠讓人們清楚的看到固有頻率的解析表達(dá)式，但是計(jì)算出的結(jié)果精確度卻較低；（2）能量法。普遍情況下，我們又將能量法分為傅里葉級(jí)數(shù)解法與有限元法。而無論是為傅里葉級(jí)數(shù)解法還是有限元法都不能得到確切的解析解，只能得到相應(yīng)的數(shù)值解。

2 電機(jī)振動(dòng)的固有頻率和振型

3 電機(jī)定子鐵心的模態(tài)分析

這里以有限元分析軟件ANSYS為工具，對(duì)YB2 560-4電機(jī)定子鐵心1：1建立2D和3D模型進(jìn)行分析。

分析采用ANSYS提供的智能網(wǎng)格剖分，求解類型選擇Block Lanczos法，求解模態(tài)數(shù)目根據(jù)模型的不同相應(yīng)調(diào)整，2D模型取值為20，3D模型取值為80，不添加任何約束和載荷。定子材料主要參數(shù)見表1，均為各向同性。

4 結(jié)語

我們從該文對(duì)定子鐵心振動(dòng)模態(tài)的分析結(jié)果上可以清楚的看到，三維結(jié)構(gòu)模態(tài)較之二維結(jié)構(gòu)模態(tài)，其不僅模態(tài)數(shù)目更加繁雜，且固有頻率也相對(duì)較高，這不僅僅是因?yàn)槎咴趧偠取①|(zhì)量等方面存在著較大的差異，更是因?yàn)樵谡駝?dòng)頻率的數(shù)目方面以及所擁有的頻率上，三維結(jié)構(gòu)模態(tài)都要比二維結(jié)構(gòu)模態(tài)更加的豐富、多樣。所以，在自由振動(dòng)的前提下，3D有限元的計(jì)算結(jié)果，勢(shì)必會(huì)存在著許多的不同模態(tài)。

在電磁計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期建立模型分析定子鐵心固有頻率能及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，避免共振的產(chǎn)生，從而降低電機(jī)噪聲和有效避免振動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡新晚.降低三相異步電動(dòng)機(jī)電磁噪聲[J].大電機(jī)技術(shù)，2003（5）.