【摘要】：電機作為機械能和電能之間轉換的電磁裝置,在民用和國防工業(yè)領域中都有廣泛的應用。大型電機運行過程中,定子系統(tǒng)的電磁振動是其噪聲的主要來源之一,直接影響著電機的噪聲水平。而在復雜電磁場作用下的定子系統(tǒng)的磁固耦合振動是導致電磁噪聲的主要來源。隨著電機向大型化和超大型化發(fā)展,對電機定子系統(tǒng)中的磁固耦合作用的研究不容忽視。本文即在民用和國防工業(yè)領域減振降噪應用需求的牽引下,以某大型推進電機為實際工程背景,通過對其定子結構的建模和磁固耦合振動的理論研究工作,力求給出準確的計算模型、電磁力的計算方法及其作用下的定子系統(tǒng)磁固耦合振動的機理,為大型電機的電磁設計提供理論依據。本文的主要研究成果與創(chuàng)新點為:1.基于大型推進電機的原理樣機,建立了定子系統(tǒng)內、外殼不等長的雙殼物理模型,使雙殼模型的適用范圍得到了推廣。該模型可以通過解析表達式描述系統(tǒng)的振動形態(tài),并可以分別考慮內、外殼不同的邊界條件,同時,可以計算不同長度比的雙殼定子系統(tǒng)的固有特性。2.通過對氣隙磁場電磁力組成成分的分析,得到了考慮定子徑向變形與氣隙磁場相互耦合時的電磁力表達式,指出作用于定子鐵芯內圓表面的由偏心氣隙磁場產生的電磁力,不僅包含電磁力波項,還包含線性電磁剛度項、非線性電磁剛度項和參數激勵項,以及與轉子轉動情況相關的項。3.將機電耦聯系統(tǒng)的非線性振動研究方法應用于異步電機,利用多尺度法對雙殼定子系統(tǒng)在偏心氣隙磁場作用下的參數共振、參-強聯合共振及雙重共振問題進行了求解,得到了幅頻響應方程,并對定常解的穩(wěn)定性和分岔方程的奇異性等問題進行了分析,討論了電磁參數和機械參數對異步電機定子系統(tǒng)產生磁固耦合振動時的解的多值性、跳躍現象,以及系統(tǒng)的周期運動等非線性動力學行為的影響,得到了一些新的規(guī)律。4.給出了偏心氣隙磁拉力和鐵芯內有質動力共同作用下,雙殼定子系統(tǒng)磁固耦合振動微分方程。為了對定子鐵芯內有質動力做進一步的分析,從Maxwell方程組和電磁本構關系出發(fā),通過對定子鐵芯內渦流方程的求解,給出了定子鐵芯內有質動力的解析表達式,討論了電磁場和電磁力隨幾何參數的變化規(guī)律,并分析了鐵芯內電磁力對磁固耦合振動的影響。對鐵芯內有質動力的分析改進了定子系統(tǒng)的磁固耦合振動的激勵形式,為定、轉子耦合振動的研究打下了基礎。
[Abstract]:As an electromagnetic device to convert mechanical energy to electric energy, motor has been widely used in civil and national defense industries. The electromagnetic vibration of the stator system is one of the main sources of the noise in the running process of the large motor, which directly affects the noise level of the motor. The magneto-solid coupling vibration of stator system under complex electromagnetic field is the main source of electromagnetic noise. With the development of large and super large motor, the study of magneto-solid coupling in motor stator system can not be ignored. In this paper, based on the practical engineering background of a large propulsion motor, the modeling of stator structure and the theoretical study of magneto-solid coupling vibration are carried out under the traction of the application of vibration and noise reduction in civil and national defense industries. The accurate calculation model, the calculation method of the electromagnetic force and the mechanism of magneto-solid coupling vibration of the fixed subsystem under the action are given, which provides the theoretical basis for the electromagnetic design of the large motor. The main research results and innovations of this paper are as follows: 1. Based on the prototype of large propulsion motor, a two-shell physical model with unequal shell length in the stator system is established, which extends the application range of the double-shell model. The model can describe the vibration form of the system by analytical expression, and consider the boundary conditions of the inner and outer shell separately. At the same time, it can calculate the inherent characteristics of the two-shell stator system with different length ratio. By analyzing the composition of electromagnetic force of air-gap magnetic field, the expression of electromagnetic force when considering the interaction between stator radial deformation and air-gap magnetic field is obtained, and the electromagnetic force produced by eccentric air-gap magnetic field acting on the inner circular surface of stator core is pointed out. It includes not only the electromagnetic force wave term, but also the linear electromagnetic stiffness term, the nonlinear electromagnetic stiffness term and the parameter excitation term, as well as the term .3related to the rotor rotation. The nonlinear vibration research method of electromechanical coupling system is applied to asynchronous motor. The parametric resonance, parameter-strong joint resonance and double resonance of two-shell stator system under the action of eccentric air-gap magnetic field are solved by multi-scale method. The amplitude-frequency response equation is obtained, and the stability of the steady solution and the singularity of the bifurcation equation are analyzed. Some new laws, such as jump phenomenon and the influence of nonlinear dynamical behavior such as periodic motion of the system, are obtained. The differential equation of magneto-solid coupling vibration of the two-shell fixed subsystem under the action of the eccentric air-gap magnetic pull force and the mass force in the iron core is presented. In order to further analyze the mass force in the stator core, starting from the Maxwell equations and the electromagnetic constitutive relation, the analytical expression of the mass force in the stator core is given by solving the eddy current equation in the stator core. The variation law of electromagnetic field and electromagnetic force with geometric parameters is discussed, and the influence of electromagnetic force in core on magneto-solid coupling vibration is analyzed. The analysis of the mass force in the iron core improves the excitation form of the magneto-solid coupling vibration of the stator system, which lays a foundation for the study of the stator and rotor coupling vibration.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM343

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本文編號：2125024