YSLBP系列立式變頻三相異步電動(dòng)機(jī)模態(tài)分析與優(yōu)化

王櫟寧，李名殷

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的不斷推進(jìn)，變頻電機(jī)的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，目前中型立式變頻電機(jī)市場(chǎng)訂貨占比已經(jīng)超過(guò)50%。需要對(duì)該類(lèi)立式電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)、計(jì)算與分析，找出一個(gè)合理的優(yōu)化方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免電機(jī)共振的目標(biāo)。

本次項(xiàng)目選擇了四臺(tái)YSLBP系列立式變頻三相異步電動(dòng)機(jī)作為模態(tài)試驗(yàn)電機(jī)，四臺(tái)電機(jī)均為四極立式變頻電機(jī)，運(yùn)行范圍為750～1 500 r/min，對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為12.5～25 Hz，所試驗(yàn)的四臺(tái)電機(jī)的中心高分別為：355 L、450 L、560 L、630 L。

固有頻率測(cè)量與分析目標(biāo)：整機(jī)水平方向。

1 模態(tài)試驗(yàn)

該模態(tài)試驗(yàn)采用的是單點(diǎn)激勵(lì)，多點(diǎn)響應(yīng)的錘擊法，得出電機(jī)兩個(gè)水平方向的頻響圖，根據(jù)頻響圖讀出該方向的固有頻率。

測(cè)量?jī)x器：東華DH5927N；

分析軟件：DHDAS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)；

分析頻率：500 Hz；

約束狀態(tài)：底架無(wú)約束，電機(jī)通過(guò)螺栓固定在底架上。

1.1 模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

固有頻率測(cè)量結(jié)果如圖1～8。

圖1 355 L電機(jī)冷卻器方向頻響圖

圖2 355 L電機(jī)出線(xiàn)盒方向頻響圖

圖3 450 L電機(jī)冷卻器方向頻響圖

圖4 450 L電機(jī)出線(xiàn)盒方向頻響圖

圖5 560 L電機(jī)冷卻器方向頻響圖

圖6 560 L電機(jī)出線(xiàn)盒方向頻響圖

圖7 630 L電機(jī)冷卻器方向頻響圖

圖8 630 L電機(jī)出線(xiàn)盒方向頻響圖

1.2 小結(jié)

從頻響圖來(lái)看，在100 Hz以?xún)?nèi)，各電機(jī)冷卻器方向與出線(xiàn)盒方向的固有頻率如表1所示。所測(cè)固有頻率都在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(12.5～25 Hz)附近，需要提高。

表1 各中心高電機(jī)水平方向固有頻率

2 加強(qiáng)電機(jī)機(jī)座方案

加強(qiáng)電機(jī)機(jī)座是為了加強(qiáng)電機(jī)的剛性。在其他條件不變的情況下，剛性越強(qiáng)，固有頻率越高。

2.1 原模型模態(tài)結(jié)果

以630 L電機(jī)為例，通過(guò)合理修改有限元模型的部件簡(jiǎn)化方式、各部件的材料參數(shù)及各部件之間的約束方式，使得有限元的計(jì)算結(jié)果趨近于試驗(yàn)值。為電機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整后的模態(tài)計(jì)算結(jié)果提供對(duì)比參考。

得出兩個(gè)左右搖擺的振型如圖9～10。

圖9 冷卻器方向左右搖擺

圖10 出線(xiàn)盒方向左右搖擺

數(shù)據(jù)顯示：冷卻器方向左右搖擺(25.916 Hz)、出線(xiàn)盒方向左右搖擺(26.918 Hz)。

2.2 四種加強(qiáng)方案

加強(qiáng)筋方案：在原電機(jī)模型基礎(chǔ)上，四周八根長(zhǎng)撐筋與四角四根角鋼加厚50%，下部10 mm厚的壁加厚到30 mm，四周加10 mm厚的斜拉筋，其余不變。

底部加筋方案：在原電機(jī)模型基礎(chǔ)上，底板外圓直徑加大，并在側(cè)板四周底部加撐筋，其余不變。

整體加寬方案：在原電機(jī)模型基礎(chǔ)上，電機(jī)機(jī)座徑向整體加寬20%，各種板的厚度不變，其余不變。

側(cè)板加厚方案：在原電機(jī)模型基礎(chǔ)上，四周四個(gè)側(cè)板從10 mm加厚到20 mm，其余不變。

2.3 四種加強(qiáng)方案計(jì)算結(jié)果

各方案得出兩個(gè)左右搖擺的振型及頻率如圖11～18。

圖11 加強(qiáng)筋方案，冷卻器方向左右搖擺

圖12 加強(qiáng)筋方案，出線(xiàn)盒方向左右搖擺

圖13 底部加筋方案，冷卻器方向左右搖擺

圖14 底部加筋方案，出線(xiàn)盒方向左右搖擺

圖15 整體加寬方案，冷卻器方向左右搖擺

圖16 整體加寬方案，出線(xiàn)盒方向左右搖擺

圖17 側(cè)板加厚方案，冷卻器方向左右搖擺

圖18 側(cè)板加厚方案，出線(xiàn)盒方向左右搖擺

2.4 小結(jié)

為提高電機(jī)整體固有頻率，嘗試的幾個(gè)加筋方案結(jié)果如表2。

表2 加筋方案固有頻率變化

從計(jì)算結(jié)果可知，除了整體加寬方案使得整體水平方向固有頻率明顯降低以外，其余三個(gè)方案都因?yàn)橹亓康脑黾釉斐煞聪蚶凸逃蓄l率，使得整體頻率并未有明顯變化。

3 軸向壓縮方案

軸向壓縮電機(jī)是為了降低電機(jī)的重心高度。其他條件不變的情況下，重心越低，固有頻率越高。

3.1 原模型模態(tài)結(jié)果

依舊以630 L電機(jī)為例，為便于對(duì)比，這次對(duì)比模型取消了出線(xiàn)盒。得出兩個(gè)左右搖擺的振型如圖19～20。左右搖擺一(27.045 Hz)、左右搖擺二(27.798 Hz)。

圖19 左右搖擺一

圖20 左右搖擺二

3.2 四種壓縮方案

在原模型的基礎(chǔ)上，電機(jī)不同位置壓縮200 mm，壁板數(shù)量及厚度等其他結(jié)構(gòu)不變。

方案一：電機(jī)鐵心上端壓縮200 mm；

方案二：電機(jī)鐵心下端壓縮200 mm；

方案三：電機(jī)鐵心上下兩端各壓縮200 mm；

方案四：電機(jī)上中下三個(gè)地方均壓縮200 mm。

3.3 四種壓縮方案計(jì)算結(jié)果

各方案得出兩個(gè)左右搖擺的振型及頻率如圖21～28。

圖21 方案一左右搖擺一

圖22 方案一左右搖擺二

圖23 方案二左右搖擺一

圖24 方案二左右搖擺二

圖25 方案三左右搖擺一

圖26 方案三左右搖擺二

圖27 方案四左右搖擺一

圖28 方案四左右搖擺二

3.4 小結(jié)

為提高電機(jī)整體固有頻率，嘗試的幾個(gè)壓縮方案結(jié)果如表3。

從計(jì)算結(jié)果可知，四個(gè)壓縮方案使得電機(jī)整機(jī)水平方向的固有頻率有不同程度的提高。

表3 壓縮方案固有頻率變化

4 總結(jié)

本文從模態(tài)試驗(yàn)出發(fā)，得出YSLBP系列立式變頻三相異步電動(dòng)機(jī)水平方向的固有頻率，再經(jīng)過(guò)有限元進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，合理擬合模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)兩個(gè)大方向優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)希望能提高電機(jī)水平方向的固有頻率，使得固有頻率避開(kāi)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。經(jīng)有限元分析，加強(qiáng)機(jī)座方式對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率影響效果不大，而軸向壓縮方式能有效提高電機(jī)水平方向的固有頻率，電機(jī)整機(jī)重心越低，固有頻率提高得越多，目前已應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品中。