鼠籠式異步電機(jī)整機(jī)模態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

王櫟寧，李名殷，董興建，皇甫一樊

(1． 上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240；2． 上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

0 引言

在“碳達(dá)峰、碳中和”大背景下，風(fēng)力發(fā)電這一清潔能源形式具有非常廣闊的前景。發(fā)電機(jī)作為風(fēng)機(jī)的核心部件，其動(dòng)力學(xué)性能關(guān)系到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

構(gòu)建準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)整機(jī)有限元模型對(duì)發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)、性能評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重大的意義。然而，目前對(duì)于發(fā)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性研究一般僅局限于部件級(jí)[1]，缺少對(duì)發(fā)電機(jī)整機(jī)建模的相關(guān)研究。傳統(tǒng)的有限元建模往往會(huì)采用非常細(xì)密的網(wǎng)格來(lái)刻畫發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的鐵心部分[2]，這種建模方式會(huì)極大地消耗計(jì)算資源。

針對(duì)上述不足，本文采用各向異性的材料來(lái)簡(jiǎn)化定子和轉(zhuǎn)子的復(fù)雜鐵心結(jié)構(gòu)，以此來(lái)提升計(jì)算效率。在部件級(jí)建模的基礎(chǔ)上，建立了發(fā)電機(jī)的整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，并且采用模態(tài)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證本文模型的有效性。

1 有限元模型

本文的研究對(duì)象為一臺(tái)全功率變頻的鼠籠式異步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)整機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸馀c簡(jiǎn)化，會(huì)造成模型過(guò)于龐大而無(wú)法計(jì)算。我們將整機(jī)分解為轉(zhuǎn)子、定子鐵心和機(jī)座這幾部分。

1．1 部件級(jí)模型

1．1．1 轉(zhuǎn)子

有限元模型通過(guò)參數(shù)化建模的方式在ANSYS中建立。采用Beam188梁?jiǎn)卧M階梯軸，其余部分采用Solid185模擬如圖1所示。梁?jiǎn)卧捎酶飨蛲圆牧希A梯軸到內(nèi)外環(huán)之間的筋也采用各向同性的材料?！?br>