永磁电动机电磁振动噪声的计算分析研究

论文摘要

电机的噪声和振动是衡量一台电机性能的重要指标,也直接关系到电机的质量和使用寿命。但是,目前针对于永磁电动机噪声和振动的研究相对较少。本文主要研究永磁同步电动机的电磁噪声和振动,主要有以下几个方面:首先,在不同开关频率变频器电流供电和正弦波供电条件下,对一台18.5kW盘式永磁同步电动机的气隙磁场进行三维瞬态磁场计算。并且通过比较不同供电条件下定子齿表面的轴向气隙磁密和电磁力波的频谱特性,最终得到谐波电流与电机气隙磁密和电磁力波之间的关系,其关系表明电磁力在电流开关频率两侧会产生新的峰值。其次,以磁场计算得到的电磁力作为载荷,本文对同一台永磁同步电动机进行三维瞬态声场分析,得到不同供电条件下电机辐射的电磁噪声值以及振动位移、速度和加速度。并且通过傅里叶分析,清楚地表明噪声和振动在开关频率两侧都会出现新的边带频率分量,这是由于电流基波与各次谐波相互调制的结果。并且,本文总结了这些新的噪声峰值的分布规律,同时也可以看出不同的开关频率对电机辐射噪声大小有显著的影响。此外,本文还将计算得到的噪声频谱与试验实测结果进行比较,两者基本吻合,证明了计算和分析的可靠性。最后,本文阐述了不同结构参数对电机噪声的影响。本文以850W永磁同步电动机为研究对象,利用有限元法对其进行二维磁场和声场计算,通过结果的比较研究电机不同的极槽配合、改变永磁体形状和定子削齿对气隙磁场和辐射噪声的影响,为进一步的噪声抑制和电机的优化设计奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究工作
• 第二章 PWM 变频器谐波电流对盘式永磁同步电动机气隙磁场的影响
• 2.1 变频器供电情况下盘式永磁同步电动机气隙磁场的计算
• 2.1.1 盘式永磁同步电动机三维有限元模型
• 2.1.2 PWM 变频器谐波电流分析及电流加载
• 2.1.3 盘式永磁电动机三维瞬态磁场的计算结果
• 2.2 变频器谐波电流对盘式永磁电动机气隙磁场的影响
• 2.2.1 变频器谐波电流对电动机气隙磁密的影响
• 2.2.2 变频器谐波电流对电动机轴向电磁力的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 PWM 变频器谐波电流对盘式永磁同步电动机电磁噪声的影响
• 3.1 18.5kW 盘式永磁同步电动机模态分析
• 3.1.1 盘式永磁同步电动机三维有限元模态计算
• 3.1.2 盘式电动机固有频率试验测定方法
• 3.1.3 模态分析计算结果与试验测试结果对比
• 3.2 盘式永磁同步电动机辐射噪声的计算
• 3.2.1 永磁电机声场有限元计算理论基础
• 3.2.2 声场计算的三维有限元模型
• 3.2.3 声场计算的电磁力载荷处理
• 3.2.4 三维瞬态声场计算结果
• 3.3 PWM 变频器谐波电流对盘式永磁电动机电磁噪声的影响
• 3.3.1 变频器供电条件下电机电磁噪声的频谱特性
• 3.3.2 声场计算结果与试验测试结果比较
• 3.4 本章小结
• 第四章不同结构参数对永磁电动机电磁噪声的影响
• 4.1 不同极槽配合对电机辐射噪声的影响
• 4.1.1 不同极槽配合的电机二维磁场计算
• 4.1.2 不同极槽配合的电机二维磁场计算结果分析
• 4.1.3 不同极槽配合永磁电动机声场计算结果分析
• 4.2 不同心永磁体结构对电机辐射噪声的影响
• 4.3 定子齿削角对永磁电机性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢