[发明专利]一种用于GVPI定子铁心模态的参数化计算方法

说明书

本发明公开了一种用于GVPI定子铁心模态的参数化计算方法，定子铁心由硅钢片叠装而成。本发明在计算采用GVPI技术的定子铁心模态时，通过建立具有实际质量低弹性模量的定子绕组，来模拟GVPI后定子绕组对铁心整体刚度的提高，从而提高了采用GVPI技术的定子铁心的模态计算的精确度。本发明的优点在于通过二次开发，可实现多种GVPI铁心模态的计算，操作简单，实现了计算方法与流程的标准化，避免了不同分析人员带来的人因误差，显著缩短了计算时间，提高了效率。

技术领域

本发明涉及一种用于GVPI定子铁心模态的参数化计算方法，适用于采用GVPI技术的二极或四极发电机，属于电机技术领域。

背景技术

当发电机转子接通励磁电流后，转子变成一个电磁铁，其产生的旋转磁场的大部分经转子、气隙及定子铁心形成闭合回路。定子铁心将受到一定频率的电磁激振力，如果铁心的固有频率接近电磁激振频率，就会引起破坏性的共振，因此在结构设计时，必须避免该情况发生。

定子铁心及绕组在整体真空压力浸渍(GVPI)过程中，两者会在真空、加压的状态下被浸渍树脂交联成一个整体，定子铁心的整体刚度较未采用GVPI技术的铁心的要高。以往的铁心模态计算时一般仅考虑铁心轭部的刚度贡献，将铁心简单地等效为一个环形，计算相应的模态。该方法存在以下不足：1)不能考虑GVPI工艺带来的铁心刚度提高的影响；2)略了铁心齿部的刚度贡献。因此，以往的铁心模态计算方法得到的结果较实际值偏低。

发明内容

本发明的目的是：考虑GVPI后定子绕组对铁心刚度的影响，以获得更精确的铁心模态计算值。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于GVPI定子铁心模态的参数化计算方法，定子铁心由硅钢片叠装而成，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立简化的定子铁心几何模型

根据发电机定子设计尺寸，建立简化的定子铁心二维模型，简化的定子铁心二维模型由铁心轭部、铁心齿部以及定子绕组三部分组成；

步骤2、定义定子铁心几何模型的材料参数，其中：

铁心轭部及齿部均为正交各向异性材料；

定子绕组为具有较低弹性模量的各向同性材料，定子绕组看作由铜线与树脂复合而成，则定子绕组的弹性模量由下式确定：

式中，E为定子绕组的弹性模量，u为定子绕组中胶化线棒所占体积比，E₁为胶化线棒的弹性模量，E₂为树脂的弹性模量；

定子绕组的密度由以下公式确定：

ρ＝M/(W*D*N*L)

式中，ρ为定子绕组的密度，M为定子铁心槽内部件总质量，W为铁心槽宽，D为铁心槽深，N铁心槽数，L为铁心长度；

步骤3、采用有限元法计算定子铁心几何模型的模态；

步骤4、提取模态振型：

根据N＝2.5*POLE-4以及N＝2.5*POLE-3，提取第N阶模态作为定子铁心模态的计算值，POLE表示发电机级数。

优选地，步骤2中，所述铁心轭部及齿部的轴向弹性模量远小于径向和切向的弹性模量；所述铁心轭部及齿部的密度由硅钢片密度乘以铁心叠装系数确定。

优选地，步骤2中，所述胶化线棒的弹性模量E₁通过试验或计算获得；所述树脂的弹性模量E₂通过试验获得。