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永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究

宋志环  
【摘要】: 永磁同步电动机的振动噪声是衡量其性能的一个重要指标,也是一直困扰人们的难题。通过对永磁同步电动机振动噪声源识别技术的研究,可在电机设计阶段优化设计方案或在运行中识别出对电机影响最大的振动噪声源,进而采取相应措施加以抑制。对提高电机性能、缩短研制周期和节省成本具有重要的实际意义。 本课题是辽宁省教育厅创新团队项目(2006T100),本文围绕正弦波供电和变频器供电对永磁同步电动机电磁振动噪声源的影响,对气隙磁场、法向电磁力和振动噪声的特征频率进行了深入研究,取得了一些具有理论意义和工程实用价值的成果,包括如下几个部分: 第一部分对永磁同步电动机在正弦波供电和变频器供电时的气隙磁场和法向电磁力进行解析法分析。通过实验总结出变频器开关频率对定子电流谐波的影响规律,利用三维运动磁场的计算和分析总结出气隙磁场谐波频率与变频器开关频率的关系表达式。分析了不同极槽配合对电机法向电磁力力波次数的影响规律,并推导出整数槽绕组和分数槽绕组产生的电磁力力波次数的解析表达式。最后,通过变频器供电对永磁同步电动机法向电磁力的影响,推导出变频器供电时永磁同步电动机产生的法向电磁力的力波次数和力波频率的解析表达式。 第二部分研究了法向电磁力和切向电磁力对永磁同步电动机电磁振动噪声的影响规律,并编制了永磁同步电动机电磁噪声计算软件。通过分析得出法向电磁力是引起电机振动和噪声的主要因素,而齿槽转矩对电机的振动影响较大,对噪声的影响则不明显。编制的永磁同步电动机电磁噪声计算程序适用于电机设计阶段的多方案比较,计算结果可靠、节省计算时间。本文分析了偏心对永磁同步电动机振动噪声源的影响,并推导出永磁同步电动机在静态偏心和动态偏心条件下法向电磁力的计算表达式以及振动噪声的特征频率表达式。 第三部分主要研究了永磁同步电动机瞬态声场的有限元计算方法,并对永磁同步电动机振动噪声源的试验特性进行分析。首先将实验得到的变频器供电时的定子电流进行频谱分析,并将时间谐波电流写成解析式的形式加载到定子绕组中,计算变频器供电时永磁同步电动机的三维运动磁场。再通过麦克斯韦定律将气隙磁密转换为法向电磁力加载到定子表面,并计算永磁同步电动机在变频器供电条件下的三维瞬态声场。极槽配合不同直接影响气隙磁场的谐波成分,进而影响电机声场的峰值频率。本文利用有限元方法计算分析了整数槽绕组和分数槽绕组对永磁同步电动机气隙磁场和二维声场的影响。 第四部分通过对永磁同步电动机振动噪声机理的分析以及振动噪声源特征频率表达式的推导,编制了永磁同步电动机振动噪声源识别程序。该程序通过对永磁同步电动机振动噪声信号的分析,可以识别出引起电机主要振动噪声峰值频率的振动噪声源,进而采取相应措施抑制电机的振动噪声。


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