[發明專利]一種發電機定子鐵心倍頻振動的參數化計算方法

有效

• 申請號: 201410620517.0
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104319955B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 吳新亞;張燕;干保良;李治;劉文博;何玉松
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: H02K15/02
• 分類號: H02K15/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種發電機定子鐵心倍頻振動的參數化計算方法，適用于發電機與大型電機，屬于發電機定子鐵心倍頻振動計算和改進的技術領域。

背景技術

發電機定子鐵心倍頻振動計算是發電機總體設計的一個重要部分，主要用于分析發電機定子鐵心的振動，優化與改進定子鐵心截面的形狀與結構尺寸。當發電機轉子接通勵磁電流后，轉子變成一個電磁鐵，其產生的旋轉磁場的大部分經轉子、氣隙及定子鐵心形成閉合回路。定子鐵心將受到一定頻率的電磁激振力，如果鐵心的固有頻率接近電磁激振頻率，就會引起破壞性的共振。因此在結構設計時，必須對發電機定子鐵心的倍頻振動進行研究分析，以保證發電機的正常穩定運行。

以往的定子鐵心倍頻振動計算采用的都是靜力等效的方法，即，將鐵心簡化為一個圓筒，并在外徑處施加一對反向的集中靜力，計算得到鐵心的靜變形后再乘以動力放大系數得到鐵心的倍頻振動。此種計算方法存在以下不足：(1)計算中未考慮鐵心的剪切變形；(2)計算采用平面應力假設，不適用于大長徑比的鐵心；(3)計算將鐵心假設為一個圓環并不考慮齒的影響，忽略了齒對鐵心整體剛度的貢獻。因此，采用以往的靜力等效方法計算得到的鐵心倍頻振動值通常偏大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種適用于多種定子鐵心截面、計算精準、操作簡單、可實現計算方法與流程標準化的發電機定子鐵心倍頻振動的有限元計算方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種發電機定子鐵心倍頻振動的參數化計算方法，包括以下步驟：

步驟1、建立定子鐵心截面模型，其特征在于：

步驟2、計算施加于步驟1建立的定子鐵心截面模型齒部的磁拉力，該磁拉力的實部P_R＝P₀coskθ，虛部P_I＝P₀sinkθ，式中：

k為發電機轉子的極數；

式中：

l_c為定子鐵心的長度，n_v為定子鐵心徑向通風孔數量，w_v為定子鐵心徑向通風孔寬度，K_sf為定子鐵心疊裝系數，D_g為氣隙平均半徑，D_i為定子鐵心內徑；n_s為定子鐵心導線槽數量，w_s為定子鐵心導線槽寬度；

式中：

B_max為最大氣隙磁密，μ₀為空氣磁導率，θ₀為極間中心線到轉子大齒旁邊第一個導線槽中心線的角度；

步驟3、將步驟2計算得到的磁拉力施加于步驟1得到的定子鐵心截面模型的齒部，利用有限元分析軟件計算并繪制鐵心倍頻振動隨頻率變化的曲線。

根據以上的計算方法和步驟進行二次開發，可以實現定子鐵心倍頻振動計算的參數化分析。對于各種發電機產品的定子鐵心，只需在對話框中輸入參數即可完成分析。具體需要輸入的參數有：鐵心長度、鐵心外徑、鐵心內徑、鐵心槽深、鐵心槽寬、鐵心槽數、風道寬、風道數、轉子本體外徑、轉子兩極中心到離極最近槽中心角度、轉子極數、氣隙磁密和疊裝系數。

本發明提供的方法克服了現有技術的不足，可以通過有限元的諧響應分析技術直接計算出定子鐵心的倍頻振動值。同時給出了定子鐵心電磁激振力的計算公式，通過ANSYS的APDL編程可以實現電磁力的精確、快速加載。

本發明的優點在于可以完成多種定子鐵心的倍頻振動計算，操作簡單，實現了計算方法與流程的標準化，避免了不同研發人員計算時出現的結果偏差，同時大幅縮短計算周期，一定程度上降低了設計成本。

附圖說明

圖1為某大型汽輪發電機定子鐵心的三維模型示意圖；

圖2為鐵心截面的二維平面有限元模型圖；

圖3為某汽輪發電機定子鐵心倍頻振動模式圖；

圖4為某汽輪發電機定子鐵心在0～230Hz范圍內的振動響應的頻譜圖。

具體實施方式

為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例并配合附圖作詳細說明如下。

本發明提供了一種發電機定子鐵心倍頻振動的參數化計算方法，其步驟為：

步驟1、建立定子鐵心截面模型

通過大量的試驗和計算對比證明，鐵心倍頻振動計算只需建立二維平面模型即可得到足夠精度的結果。定子鐵心軸向長度較大，因此計算中采用平面應變假設。建模時需要輸入的定子鐵心截面尺寸為鐵心外徑、鐵心內徑、鐵心槽深、鐵心槽寬和鐵心槽數。

步驟2、輸入材料模型