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大型异步电机声学仿真计算
2019-04-18 21:43:49· 来源：夏雪宝 测控视界
利用LMS PolyMax模块，根据稳态图的方法，识别出的各阶模态频率与振型，并与仿真对比如表3所示，相应的振型对比如图15~图20所示（由于篇幅有限仅列出部分模态振型图）。
04
电机振动响应分析
4.1 电机电磁力边界条件
采用数值计算方法获得电机电磁力，利用ANSYS Maxwell计算电机转速500转/分、额定负载运行时，电机稳定后的径向电磁力。提取电机2个周期（0.24 s）气隙上某点随时间变化的径向电磁力密度（单位为Pa），时间间隔为0.000 8 s。
电机实际工作时，电磁力是作用于电机定子铁芯齿部，因此施加径向电磁力时，将电磁力密度乘以齿部作用面积，并沿径向施加在相应的节点上（该电机一周共72个齿，每个齿4个节点），施加电磁力后电机有限元模型如图23所示。
4.2 电机瞬态响应计算
施加完电磁力及位移边界条件后，计算该200 kW异步电机的瞬态振动响应。该电机额定转速为500转/分，相应的周期为0.12 s，因此计算2个周期共0.24 s的瞬态振动响应，时间步长为0.000 8 s。计算得到电机2个周期的振动响应，其中几个不同时刻电机机座速度云图如图24~图25所示（单位为mm/s，隐藏了电机内部定、转子结构）。
05
电机辐射声场分析
5.1 电机边界元模型的建立
对于该电机，仅需分析其外部声场，因此采用直接边界元法进行辐射声场计算。在建立电机表面边界元模型时，需对电机表面网格进行简化，例如填补接线盒出线孔、去掉小的凸角及简化轴承外盖等等，建立好的边界元模型如图26所示。在进行声场分析前，需将电机结构速度响应正确映射到电机边界元模型上，再利用边界元模型上的速度边界条件进行相应的声场分析计算。将电机速度速度响应映射到边界元模型上的结果如图27~图29所示。
5.2 电机辐射声场分析
边界元法在频域计算各个频率下结构的声学响应，因此在采用边界元法进行声场分析前，需将边界元模型上时域速度边界条件进行数据处理转换为频域速度响应。如图30所示，按国际标准ISO1608.1《声学-旋转电机辐射噪声测量方法》，在距电机边界表面1 m处定义电机空间场点。
施加好速度边界条件以后就可进行声场计算，分别计算电机边界表面声压分布及相应的空间场点声压分布如图31~图38所示（空间场点方向位置与电机边界元模型方向位置一致）。
由上述电机表面声压云图及空间场点声压云图可以看出，机座壁两侧和底部即小盖板所在位置及对应的场点位置辐射声压较强，机座顶部中心次之，而端盖及机座壁转角连接处相应声压较弱，说明机座壁上小盖板声辐射能力较强。同时由电机速度分布可以看出，电机小盖饭位置由于刚度较弱，相应振动速度响应也最大，因此可得出小盖板位置声辐射能力较强，可向外辐射较多声能量。
06、总结
以200 kW异步电机为研究对象，根据电机图纸建立电机三维实体模型并进行相应简化，针对电机的非线性结构分别采用基于VDI2230标准的螺栓结合面建模方法建立电机螺栓结合面、基于Hertz接触理论以径向及轴向弹簧阻尼组合的形式建立电机滚动轴承模型、以等效模型处理电机定转子绕组及硅钢片，并进行相应的模态分析与测试，进而修正电机有限元模型。仿真计算了电机工作时的电磁激励，分析计算电机在电磁力作用下的振动响应；建立电机边界元模型，进行相应的辐射声场分析，找出电机声辐射能量贡献量最大的面板结构。
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