一种交流电动机有绕组定子模态精确计算方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种交流电动机有绕组定子模态计算方法，属于电机技术领域。
【背景技术】
[0002]电动机定子模态对电动机振动噪声有着重要影响。当电动机定子振动频率与电磁力频率发生共振时，就会产生较大的振动加速度;为了避免共振，降低振动噪声，需要对定子模态参数进行分析和计算。
[0003]对于模态参数的分析方法，有模态试验方法与计算方法等两种方法。模态试验方法只对已有产品进行测试分析，无法对产品设计阶段进行评估;而计算分析方法可以预先对产品结构进行评估，从而优化产品结构，使其满足设计要求。
[0004]对电动机有绕组定子模态计算方面，存在着较多问题，尤其是对其精确的计算分析。原因是由于电动机有绕组定子含有叠片铁心、线匝、绝缘材料等多种材料及结构形式，并且受绕组浸漆工艺、槽满率等的影响，具体参数很难确定。因此对其模态参数的准确评估带来了较大的困难。
[0005]准确计算电动机有绕组定子模态，需要确定准确的结构刚度及质量模型；而影响结构刚度及质量的重要因素是结构组成形式及材料性能参数。有绕组定子中的硅钢片、铜导线原材料的材料性能较容易获得;但组合成叠片铁心以及绕组后其等效材料性能参数，受结构形式、工艺影响，其值与单一的材料性能参数不完全一致。因此获取复合材料的性能参数是一项重要的环节。
[0006]因此在电动机有绕组定子模态计算中，准确确定等效结构模型及复合材料等效性能参数是精确计算模态参数的前提。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:建立准确的结构等效方法及复合材料的等效性能的获取方法，并应用到是产品模态计算中。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明通过实体模型模态参数测试与有限元计算模型建模方法对比分析，优化确定等效结构计算模型及复合材料等效材能参数，建立能够准确反映物理模型结构及材料特征的有绕组定子模态有限元计算等效模型。在此技术上计算了其固有频率与振形。本发明提供的方法与常规模态计算方向相比，结构等效性、材料属性合理，计算结果准确度高等优势，从而解决电动机有绕组定子复杂结构及复合材料模型的模态参数准确计算难点。本发明提供的方法可应用于同类型中小型交流电动机有绕组定子模态计算与电动机减振降噪优化设计中。
[0009]本发明的具体技术方案是提供了一种交流电动机有绕组定子模态精确计算方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]SSl:对实际电动机有绕组定子进行模态参数测量与识别，得到各阶次模态参数；
[0011]SS2:根据实际电动机定子铁心以及绕组结构尺寸建立有绕组定子铁心有限元初始结构模型；并结合绕组及铁心实际材料属性计算出有绕组定子各阶次模态参数，包括各阶固有频率及振形；
[0012]SS3:结合有绕组定子实际物理模型的材料、结构特点，与有绕组定子铁心有限元初始结构模型进行结构、材料等效性分析，对模型的接触关系及等效材料属性进行修正优化，获取有绕组定子铁心有限元初始结构模型的等效结构及材料性能参数；
[0013]SS4:再根据有绕组定子的等效结构及材料性能参数，对已建立的有绕组定子铁心有限元初始结构模型进行精细化建模，使模型逼近真实模型的特点，得到有绕组定子铁心有限元等效结构模型；
[0014]SS5:在此基础上，对有绕组定子铁心有限元等效结构模型进行模态计算，得到各阶模态固有频率及振形，作为后续结构优化的依据；
[0015]SS6:所确定的有绕组定子铁心有限元等效结构模型、材料属性及工艺系数作为同类型中小型电动机有绕组定子结构模型及材料性能参数的等效处理方法。
[0016]优选地，在步骤SS3中，进行等效性分析，获取等效结构关系及材料性能参数包括:
[0017]A、确定叠片铁心等效结构模型用的叠片各向异性等效弹性模量、等效铁心密度及等效径向刚度；
[0018]B、确定绕组等效结构模型用的绕组结构模型、复合材料等效材料密度、复合材料等效轴向、径向弹性模量。
[0019]优选地，在步骤SS4中，精细化建模过程是在确定结构关系及等效材料属性后，按照优化的结构模型及材料属性对有绕组定子铁心有限元初始结构模型进行精细化建模。
[0020]优选地，在步骤SS2中，有绕组定子铁心有限元初始结构模型按照物理模型的结构尺寸选取，材料属性按照材料供应方提供的材料相关参数选取。
[0021]优选地，在步骤SSl中，模态测量得出的模态参数为采用常用的模态测量与识别方法进行获取。
[0022]本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的交流电动机有绕组定子模态精确计算方法的应用，其特征在于，应用于中小型电动机。
[0023]优选地，所述中小型电动机的有绕组定子组成材料为硅钢片、铜导线、绝缘纸、绝缘漆。
[0024]本发明与现有技术相比有以下优点:
[0025]I)与现有模态分析方法相比，由于结构及材料属性的等效性获得试验修正，因此计算精度高，计算模型等效性好；
[0026]2)与传统定子模态计算方法相比，其槽内绕组、端部绕组的模型并非简单的将其按质量等效到定子齿部，而按照实际模型结构尺寸建立绕组模型，从而提高了等效模型的准确性，提高了计算精度；
[0027]3)对定子铁心结构而言，由于实际定子铁心为叠片结构，因此在径向方向并不完全约束，而片与片之间可以“滑移”。本发明通过定子铁心分段等效绝缘层来考虑了定子叠片效果，使轴向模态计算更加精确，有利于准确分析研究定子轴向模态的规律。
【附图说明】
[0028]图1为电动机有绕组定子模态试验方法示意图；
[0029]图2为电动机有绕组定子模态计算等效模型示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加明了易懂，以结合具体实例，对本发明进一步详细说明。
[0031]在本发明中，为测试分析有绕组定子模态参数，选取电动机有绕组定子，进行如