一種交流電動機有繞組定子模態(tài)精確計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種交流電動機有繞組定子模態(tài)計算方法，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電動機定子模態(tài)對電動機振動噪聲有著重要影響。當電動機定子振動頻率與電磁力頻率發(fā)生共振時，就會產(chǎn)生較大的振動加速度;為了避免共振，降低振動噪聲，需要對定子模態(tài)參數(shù)進行分析和計算。
[0003]對于模態(tài)參數(shù)的分析方法，有模態(tài)試驗方法與計算方法等兩種方法。模態(tài)試驗方法只對已有產(chǎn)品進行測試分析，無法對產(chǎn)品設計階段進行評估;而計算分析方法可以預先對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行評估，從而優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使其滿足設計要求。
[0004]對電動機有繞組定子模態(tài)計算方面，存在著較多問題，尤其是對其精確的計算分析。原因是由于電動機有繞組定子含有疊片鐵心、線匝、絕緣材料等多種材料及結(jié)構(gòu)形式，并且受繞組浸漆工藝、槽滿率等的影響，具體參數(shù)很難確定。因此對其模態(tài)參數(shù)的準確評估帶來了較大的困難。
[0005]準確計算電動機有繞組定子模態(tài)，需要確定準確的結(jié)構(gòu)剛度及質(zhì)量模型；而影響結(jié)構(gòu)剛度及質(zhì)量的重要因素是結(jié)構(gòu)組成形式及材料性能參數(shù)。有繞組定子中的硅鋼片、銅導線原材料的材料性能較容易獲得;但組合成疊片鐵心以及繞組后其等效材料性能參數(shù)，受結(jié)構(gòu)形式、工藝影響，其值與單一的材料性能參數(shù)不完全一致。因此獲取復合材料的性能參數(shù)是一項重要的環(huán)節(jié)。
[0006]因此在電動機有繞組定子模態(tài)計算中，準確確定等效結(jié)構(gòu)模型及復合材料等效性能參數(shù)是精確計算模態(tài)參數(shù)的前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:建立準確的結(jié)構(gòu)等效方法及復合材料的等效性能的獲取方法，并應用到是產(chǎn)品模態(tài)計算中。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過實體模型模態(tài)參數(shù)測試與有限元計算模型建模方法對比分析，優(yōu)化確定等效結(jié)構(gòu)計算模型及復合材料等效材能參數(shù)，建立能夠準確反映物理模型結(jié)構(gòu)及材料特征的有繞組定子模態(tài)有限元計算等效模型。在此技術(shù)上計算了其固有頻率與振形。本發(fā)明提供的方法與常規(guī)模態(tài)計算方向相比，結(jié)構(gòu)等效性、材料屬性合理，計算結(jié)果準確度高等優(yōu)勢，從而解決電動機有繞組定子復雜結(jié)構(gòu)及復合材料模型的模態(tài)參數(shù)準確計算難點。本發(fā)明提供的方法可應用于同類型中小型交流電動機有繞組定子模態(tài)計算與電動機減振降噪優(yōu)化設計中。
[0009]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是提供了一種交流電動機有繞組定子模態(tài)精確計算方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]SSl:對實際電動機有繞組定子進行模態(tài)參數(shù)測量與識別，得到各階次模態(tài)參數(shù)；
[0011]SS2:根據(jù)實際電動機定子鐵心以及繞組結(jié)構(gòu)尺寸建立有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型；并結(jié)合繞組及鐵心實際材料屬性計算出有繞組定子各階次模態(tài)參數(shù)，包括各階固有頻率及振形；
[0012]SS3:結(jié)合有繞組定子實際物理模型的材料、結(jié)構(gòu)特點，與有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型進行結(jié)構(gòu)、材料等效性分析，對模型的接觸關(guān)系及等效材料屬性進行修正優(yōu)化，獲取有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型的等效結(jié)構(gòu)及材料性能參數(shù)；
[0013]SS4:再根據(jù)有繞組定子的等效結(jié)構(gòu)及材料性能參數(shù)，對已建立的有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型進行精細化建模，使模型逼近真實模型的特點，得到有繞組定子鐵心有限元等效結(jié)構(gòu)模型；
[0014]SS5:在此基礎(chǔ)上，對有繞組定子鐵心有限元等效結(jié)構(gòu)模型進行模態(tài)計算，得到各階模態(tài)固有頻率及振形，作為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的依據(jù)；
[0015]SS6:所確定的有繞組定子鐵心有限元等效結(jié)構(gòu)模型、材料屬性及工藝系數(shù)作為同類型中小型電動機有繞組定子結(jié)構(gòu)模型及材料性能參數(shù)的等效處理方法。
[0016]優(yōu)選地，在步驟SS3中，進行等效性分析，獲取等效結(jié)構(gòu)關(guān)系及材料性能參數(shù)包括:
[0017]A、確定疊片鐵心等效結(jié)構(gòu)模型用的疊片各向異性等效彈性模量、等效鐵心密度及等效徑向剛度；
[0018]B、確定繞組等效結(jié)構(gòu)模型用的繞組結(jié)構(gòu)模型、復合材料等效材料密度、復合材料等效軸向、徑向彈性模量。
[0019]優(yōu)選地，在步驟SS4中，精細化建模過程是在確定結(jié)構(gòu)關(guān)系及等效材料屬性后，按照優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型及材料屬性對有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型進行精細化建模。
[0020]優(yōu)選地，在步驟SS2中，有繞組定子鐵心有限元初始結(jié)構(gòu)模型按照物理模型的結(jié)構(gòu)尺寸選取，材料屬性按照材料供應方提供的材料相關(guān)參數(shù)選取。
[0021]優(yōu)選地，在步驟SSl中，模態(tài)測量得出的模態(tài)參數(shù)為采用常用的模態(tài)測量與識別方法進行獲取。
[0022]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種上述的交流電動機有繞組定子模態(tài)精確計算方法的應用，其特征在于，應用于中小型電動機。
[0023]優(yōu)選地，所述中小型電動機的有繞組定子組成材料為硅鋼片、銅導線、絕緣紙、絕緣漆。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點:
[0025]I)與現(xiàn)有模態(tài)分析方法相比，由于結(jié)構(gòu)及材料屬性的等效性獲得試驗修正，因此計算精度高，計算模型等效性好；
[0026]2)與傳統(tǒng)定子模態(tài)計算方法相比，其槽內(nèi)繞組、端部繞組的模型并非簡單的將其按質(zhì)量等效到定子齒部，而按照實際模型結(jié)構(gòu)尺寸建立繞組模型，從而提高了等效模型的準確性，提高了計算精度；
[0027]3)對定子鐵心結(jié)構(gòu)而言，由于實際定子鐵心為疊片結(jié)構(gòu)，因此在徑向方向并不完全約束，而片與片之間可以“滑移”。本發(fā)明通過定子鐵心分段等效絕緣層來考慮了定子疊片效果，使軸向模態(tài)計算更加精確，有利于準確分析研究定子軸向模態(tài)的規(guī)律。
【附圖說明】
[0028]圖1為電動機有繞組定子模態(tài)試驗方法示意圖；
[0029]圖2為電動機有繞組定子模態(tài)計算等效模型示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加明了易懂，以結(jié)合具體實例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0031]在本發(fā)明中，為測試分析有繞組定子模態(tài)參數(shù)，選取電動機有繞組定子，進行如