左正發(fā)

摘 要 變頻電機(jī)由于徑向電磁力波作用于定子上，使定子發(fā)生振動而產(chǎn)生電磁噪聲。定子徑向模態(tài)影響到定子是否會發(fā)生共振，因此研究其模態(tài)十分重要。本文通過仿真和試驗(yàn)對定子模態(tài)影響因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)定子徑向模態(tài)主要是跟軛部厚度和外圓直徑大小有關(guān)，提出了“軛徑比”的概念，通過計算其“軛徑比”即可計算定子的徑向模態(tài)頻率值，為電機(jī)振動噪聲改善設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞 變頻電機(jī);定子模態(tài);影響因素

引言

變頻壓縮機(jī)作為變頻空調(diào)器的核心元件，其電機(jī)產(chǎn)生的電磁噪聲給空調(diào)器的舒適性造成了較大影響。電磁噪聲是由于徑向電磁力波周期性的作用于定子上，使定子發(fā)生振動而產(chǎn)生電磁噪聲。當(dāng)電磁力波頻率和定子固有頻率接近時，會導(dǎo)致定子共振引起較大的電磁噪聲。本文通過仿真和試驗(yàn)對定子模態(tài)影響因素進(jìn)行研究。

1定子模態(tài)有限元分析模型

1.1 定子模態(tài)有限元數(shù)學(xué)模型

根據(jù)Hamilton 原理和應(yīng)力-應(yīng)變、應(yīng)變-位移的關(guān)系，可得有限元離散后電機(jī)結(jié)構(gòu)的拉格朗日運(yùn)動方程：Ku+Rv+Ma=F式中：K為剛度矩陣，R為阻尼矩陣，M為質(zhì)量矩陣;u為位移矢量，v為速度矢量，a為加速度矢量;F為外部激勵節(jié)點(diǎn)力矢量。電機(jī)模態(tài)分析問題屬于無阻尼自由振動問題，解特征值方程det（K-w2M）=0可得固有頻率，將每一個頻率代入特征值問題方程可得特征值矢量，選擇一定方法進(jìn)行歸一化可得主振型[1]。

電磁噪聲主要取決于徑向振動，即徑向模態(tài)是研究的重點(diǎn)。所謂徑向模態(tài)是指振動時定子上各節(jié)點(diǎn)只在垂直于軸向平面內(nèi)發(fā)生位移的振動形式。

1.2 定子徑向模態(tài)有限元仿真

鑒于電磁噪聲重點(diǎn)研究的是定子的徑向模態(tài)，而定子的徑向模態(tài)只受垂直軸向平面內(nèi)的剛度和質(zhì)量分布影響，即軸向同性。對于整個定子部件的仿真時將繞組進(jìn)行簡化處理，以附加質(zhì)量的形式加到定子齒上[2]。仿真振型如圖1所示，其頻率值1350Hz與實(shí)測值1310Hz相比僅相差3.1%，實(shí)測頻響曲線如圖2所示。

2定子徑向模態(tài)影響因素分析

為了分析定子徑向模態(tài)影響因素，采用定子鐵芯進(jìn)行了如表1所述的試驗(yàn)方案。

對比方案二和方案一可知：外徑和齒寬相同，軛部越寬固有頻率越高;對比方案三和方案二可知：齒寬不同，外徑和軛部寬度相同，固有頻率相同;

綜上所得：徑向固有頻率主要是由軛部寬度和外徑大小決定的。為了找出軛部寬度和外徑與固有頻率的關(guān)系，本文進(jìn)行了如表2所述的仿真分析。

為了清楚地看出固有頻率與軛部寬度和外徑的關(guān)系，提出“軛徑比”的概念，軛徑比ib=W/D，這樣固有頻率便只與ib有關(guān)，根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以擬合出公式F=20350ib ， 可見定子徑向固有頻率與“軛徑比”基本呈線性關(guān)系。

3結(jié)束語

（1）定子徑向模態(tài)遵循軸向同性原則，即通過單個沖片的仿真即可代表整個定子鐵芯，繞組可簡化為附加質(zhì)量加在定子齒上。

（2）通過以上仿真和試驗(yàn)可知：定子的徑向模態(tài)主要是由軛部寬度和外徑大小決定的，本文提出“軛徑比”的概念，建立起定子徑向固有頻率與“軛徑比”的關(guān)系，從關(guān)系圖中可看出定子徑向固有頻率與“軛徑比”基本上呈線性關(guān)系，因此通過計算其“軛徑比”即可快速計算定子的徑向模態(tài)頻率值，為電機(jī)振動噪聲設(shè)計和改善提供參考，而不用再一一進(jìn)行復(fù)雜的計算和仿真。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊浩東.永磁同步電機(jī)電磁振動分析[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.

[2] 王荀，邱阿瑞.大中型異步電動機(jī)定子模態(tài)的仿真分析[J].大電機(jī)技術(shù)，2011，（1）：1-3.