电动机定子铁心振动模态分析研究

崔丽佳

摘 要：做好定子铁心的振动特征分析，早已成为进一步降低电机电磁噪音的重要手段。尤其是在实际操作中，我们可以发现，如若对电机进行模态实验，其所得到的固有频率虽然比较准确，但是在电机的实际设计阶段却存在着许多的难题，设计与生产成本也较高，不利于实际应用。而相反的，如若使用理论法进行计算，不仅分析实验容易实现，其成本较低且分析速度也较快，亦可对电机的实际设计方向起到指导作用。因此，该文作者结合ANSYS有限元软件，对感应电机的定子固有频率进行计算，以期为降低电机噪声提出有益的参考。

关键词：有限元 振动模态 固有频率 振动 噪声

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0035-01

随着计算技术的发展，有限元软件原来越普及，对以往计算和分析问题的方法带来新的变革。该文通过理论结合ANSYS有限元软件分析电机定子铁心振动模态和固有频率，为新产品研发之初就能充分降低电机噪声，避免电机振动做了分析研究。

1 振动模态分析与求解方法

所谓的振动模态分析，其实质就在于以系统的各阶段模态向量所组成的模态矩阵为基础，并利用系统自身的固有模态正交性，对所选择的物理坐标进行线形变化，使其所得到的振动系统能够成为一组彼此独立的模态方程。特别是又可以将坐标转换看为是线性变换，所以模态分析又可被定义为是系统内部的各阶段模态的线形组合，模态分析也可被定义为模态叠加。因此，也可以说各阶段模态的响应直接决定了系统内各阶段模态在叠加中的所占比重。

目前，我们在计算定子的固有频率时普遍使用2种方法：（1）解析解算法，此种方法属于典型的机电类比法，可以说该种方法的运用，虽然能够让人们清楚的看到固有频率的解析表达式，但是计算出的结果精确度却较低；（2）能量法。普遍情况下，我们又将能量法分为傅里叶级数解法与有限元法。而无论是为傅里叶级数解法还是有限元法都不能得到确切的解析解，只能得到相应的数值解。

2 电机振动的固有频率和振型

3 电机定子铁心的模态分析

这里以有限元分析软件ANSYS为工具，对YB2 560-4电机定子铁心1：1建立2D和3D模型进行分析。

分析采用ANSYS提供的智能网格剖分，求解类型选择Block Lanczos法，求解模态数目根据模型的不同相应调整，2D模型取值为20，3D模型取值为80，不添加任何约束和载荷。定子材料主要参数见表1，均为各向同性。

4 结语

我们从该文对定子铁心振动模态的分析结果上可以清楚的看到，三维结构模态较之二维结构模态，其不仅模态数目更加繁杂，且固有频率也相对较高，这不仅仅是因为二者在刚度、质量等方面存在着较大的差异，更是因为在振动频率的数目方面以及所拥有的频率上，三维结构模态都要比二维结构模态更加的丰富、多样。所以，在自由振动的前提下，3D有限元的计算结果，势必会存在着许多的不同模态。

在电磁计算及结构设计初期建立模型分析定子铁心固有频率能及时调整设计方案，避免共振的产生，从而降低电机噪声和有效避免振动。

参考文献

[1] 胡新晚.降低三相异步电动机电磁噪声[J].大电机技术，2003（5）.