三相异步电机电磁振动有限元计算分析

doi:10.11985/2015.09.005

电气工程学报 ›› 2015, Vol. 10 ›› Issue (9): 30-34.doi: 10.11985/2015.09.005

• 电气工程新技术专刊——本专刊由沈阳工业大学电气工程学院供稿，组稿人为张凤阁教授 • 上一篇下一篇

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三相异步电机电磁振动有限元计算分析

李岩¹,刘佳男¹,夏加宽²

^1. 沈阳工业大学特种电机研究所沈阳 110870
^2. 沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870

收稿日期:2015-07-23 出版日期:2015-09-25 发布日期:2015-09-25
作者简介:李岩男 1962年生,教授,博士生导师,研究方向为电力变压器理论及方针技术,电机与电器等。|刘佳男男 1990年生,硕士,研究方向为电机与电器。
基金资助:
辽宁省高等学校创新团队项目(LT2013006)

Electromagnetically Excited Vibration Calculation and Analysis for a Three-Phase Asynchronous Motor with Finite Element Method

Li Yan¹,Liu Jianan¹,Xia Jiakuan²

^1. Research Institute of Special Electric Machines Shenyang University of Technology Shenyang 110870 China
^2. Shenyang University of Technology Shenyang 110870 China

Received:2015-07-23 Online:2015-09-25 Published:2015-09-25

摘要/Abstract

摘要：

本文主要研究异步电机空载运行情况下的电磁振动。建立了三相异步电机时步有限元模型,计算了电机瞬态电磁场,得到了电机空载稳态运行状态下的磁场分布情况,进而应用麦克斯韦应力张量法计算电机径向电磁力。对径向电磁力做频谱分析,与解析计算进行对比分析,确定径向电磁力谐波主要成分。利用Ansys有限元软件建立电机三维结构有限元模型,将电机瞬态场计算得到的径向电磁力施加在电机定子齿表面上,计算电机的电磁振动响应。最后,将仿真结果与实验结果进行对比分析,验证仿真计算的准确性。实验结果表明,应用本文方法可以准确计算出电机的电磁振动的频谱分布,可以用于在电机设计阶段对电磁振动的分析。

关键词: 异步电机, 径向电磁力, 电磁振动, 有限元法

Abstract:

The electromagnetic vibration of the three-phase asynchronous motor under no load condition is studied in the paper. A time-stepping finite element model of the three-phase asynchronous motor is built to calculate the transient electromagnetic field, and Maxwell stress tensor method is adopted to capture the radial electromagnetic force under steady state no load condition. To detect the main harmonics contained in radial electromagnetic force, the comparison between the spectral analysis and analytic calculation is done. A 3D structural finite element model of the asynchronous motor is formed with Ansys software. The radial electromagnetic force is exerted on the surface of stator and the electromagnetic vibration is computed. Finally, simulation and experiment results are compared to verify the veracity of simulation analysis. Experimental results show that the method proposed in this paper can be applied to calculate the electromagnetic vibration at motor design stage.

Key words: Asynchronous motor, radial electromagnetic force, electromagnetic vibration, finite element method (FEM)

中图分类号:

TM341

李岩,刘佳男,夏加宽. 三相异步电机电磁振动有限元计算分析[J]. 电气工程学报, 2015, 10(9): 30-34.

Li Yan,Liu Jianan,Xia Jiakuan. Electromagnetically Excited Vibration Calculation and Analysis for a Three-Phase Asynchronous Motor with Finite Element Method[J]. Journal of Electrical Engineering, 2015, 10(9): 30-34.

图/表 14

表1

图1

图2

图3

图4

表2

图5

图6

表3

图7

图8

图9

图10

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参考文献 11

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参数	数值
相数m	3
极对数p	1
槽配合Z₁/Z₂	36/28
定子外径/mm	380
定子内径/mm	210
气隙长度/mm	1.1
转子内径/mm	80

FFT结果	解析计算值
100	2f₁	2倍频
1 300	Z₂f₁- 2f₁	一阶转子齿谐波
1 400	Z₂f₁	一阶转子齿谐波
1 500	Z₂f₁+ 2f₁	一阶转子齿谐波
2 700	2Z₂f₁- 2f₁	二阶转子齿谐波
2 800	2Z₂f₁	二阶转子齿谐波
2 900	2Z₂f₁+ 2f₁	二阶转子齿谐波
4 100	3Z₂f₁- 2f₁	三阶转子齿谐波
4 200	3Z₂f₁	三阶转子齿谐波
4 300	3Z₂f₁+ 2f₁	三阶转子齿谐波

结构部件	弹性模量/GPa	泊松比	密度/(kg/m³)
定子	200	0.26	7 650
机壳	210	0.3	7 850
前端盖	210	0.28	7 100

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三相异步电机电磁振动有限元计算分析

Electromagnetically Excited Vibration Calculation and Analysis for a Three-Phase Asynchronous Motor with Finite Element Method

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