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大型異步電機聲學(xué)仿真計算

2019-04-18 21:43:49·  來源：夏雪寶 測控視界  
　
利用LMS PolyMax模塊，根據(jù)穩(wěn)態(tài)圖的方法，識別出的各階模態(tài)頻率與振型，并與仿真對比如表3所示，相應(yīng)的振型對比如圖15~圖20所示（由于篇幅有限僅列出部分模態(tài)振型圖）。
04
電機振動響應(yīng)分析
4.1  電機電磁力邊界條件
采用數(shù)值計算方法獲得電機電磁力，利用ANSYS Maxwell計算電機轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分、額定負(fù)載運行時，電機穩(wěn)定后的徑向電磁力。提取電機2個周期（0.24 s）氣隙上某點隨時間變化的徑向電磁力密度（單位為Pa），時間間隔為0.000 8 s。
電機實際工作時，電磁力是作用于電機定子鐵芯齒部，因此施加徑向電磁力時，將電磁力密度乘以齒部作用面積，并沿徑向施加在相應(yīng)的節(jié)點上（該電機一周共72個齒，每個齒4個節(jié)點），施加電磁力后電機有限元模型如圖23所示。
4.2  電機瞬態(tài)響應(yīng)計算
施加完電磁力及位移邊界條件后，計算該200 kW異步電機的瞬態(tài)振動響應(yīng)。該電機額定轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分，相應(yīng)的周期為0.12 s，因此計算2個周期共0.24 s的瞬態(tài)振動響應(yīng)，時間步長為0.000 8 s。計算得到電機2個周期的振動響應(yīng)，其中幾個不同時刻電機機座速度云圖如圖24~圖25所示（單位為mm/s，隱藏了電機內(nèi)部定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)）。
05
電機輻射聲場分析
5.1  電機邊界元模型的建立
對于該電機，僅需分析其外部聲場，因此采用直接邊界元法進行輻射聲場計算。在建立電機表面邊界元模型時，需對電機表面網(wǎng)格進行簡化，例如填補接線盒出線孔、去掉小的凸角及簡化軸承外蓋等等，建立好的邊界元模型如圖26所示。在進行聲場分析前，需將電機結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)正確映射到電機邊界元模型上，再利用邊界元模型上的速度邊界條件進行相應(yīng)的聲場分析計算。將電機速度速度響應(yīng)映射到邊界元模型上的結(jié)果如圖27~圖29所示。
5.2 電機輻射聲場分析
邊界元法在頻域計算各個頻率下結(jié)構(gòu)的聲學(xué)響應(yīng)，因此在采用邊界元法進行聲場分析前，需將邊界元模型上時域速度邊界條件進行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為頻域速度響應(yīng)。如圖30所示，按國際標(biāo)準(zhǔn)ISO1608.1《聲學(xué)-旋轉(zhuǎn)電機輻射噪聲測量方法》，在距電機邊界表面1 m處定義電機空間場點。
施加好速度邊界條件以后就可進行聲場計算，分別計算電機邊界表面聲壓分布及相應(yīng)的空間場點聲壓分布如圖31~圖38所示（空間場點方向位置與電機邊界元模型方向位置一致）。
由上述電機表面聲壓云圖及空間場點聲壓云圖可以看出，機座壁兩側(cè)和底部即小蓋板所在位置及對應(yīng)的場點位置輻射聲壓較強，機座頂部中心次之，而端蓋及機座壁轉(zhuǎn)角連接處相應(yīng)聲壓較弱，說明機座壁上小蓋板聲輻射能力較強。同時由電機速度分布可以看出，電機小蓋飯位置由于剛度較弱，相應(yīng)振動速度響應(yīng)也最大，因此可得出小蓋板位置聲輻射能力較強，可向外輻射較多聲能量。

06、總結(jié)
 
以200 kW異步電機為研究對象，根據(jù)電機圖紙建立電機三維實體模型并進行相應(yīng)簡化，針對電機的非線性結(jié)構(gòu)分別采用基于VDI2230標(biāo)準(zhǔn)的螺栓結(jié)合面建模方法建立電機螺栓結(jié)合面、基于Hertz接觸理論以徑向及軸向彈簧阻尼組合的形式建立電機滾動軸承模型、以等效模型處理電機定轉(zhuǎn)子繞組及硅鋼片，并進行相應(yīng)的模態(tài)分析與測試，進而修正電機有限元模型。仿真計算了電機工作時的電磁激勵，分析計算電機在電磁力作用下的振動響應(yīng)；建立電機邊界元模型，進行相應(yīng)的輻射聲場分析，找出電機聲輻射能量貢獻量最大的面板結(jié)構(gòu)。 
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