表面式分数槽绕组永磁同步电动机振动噪声特性研究

发布时间：2020-11-15 00:54

　　 近年来,随着中高压电子变频技术和超高性能稀土永磁材料的快速发展,钕铁硼稀土永磁同步电动机在新兴领域迎来又一次快速发展的机遇。与传统的电励磁与感应电动机相比,永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻以及良好的动态性能等显著优点。然而,永磁同步电动机在运行时所产生的振动噪声问题一直是困扰人们的难题,严重的振动噪声问题已成为决定该产品能否稳定运行和满足标准限值的关键因素。因此,展开针对永磁同步电动机振动噪声的研究、解决产品设计中的该项关键技术、改善其运行性能以及拓展其应用领域,可以对国民经济的发展影响重大。本文结合了国内外电动机振动噪声的研究现状,分析了表面式分数槽绕组永磁同步电动机振动噪声特性,主要研究内容如下:(1)对表面式永磁同步电动机的磁场进行了分析。分别采用了解析法和数值法计算气隙处的径向磁通密度,且解析解和数值解具有良好的吻合性;理论推导得出了定子开口槽对气隙处的径向磁通密度的影响;研究了气隙处的径向电磁力波的次数和频率,得出了不同磁场产生的在气隙处的径向电磁力波的次数以及频率变化的规律;找出了产生低次数大幅值径向电磁力波的磁场谐波力源。(2)对表面式永磁同步电动机的固有频率进行了分析。运用数值法计算了不同的长度、壁厚、平均直径、径厚比、接线盒大小以及接线盒安装位置的圆柱壳体周向固有频率,研究了其对圆柱壳体周向固有频率的影响;提出了一种考虑径厚比的计算圆柱壳体周向固有频率解析方法,通过与数值结果对比,验证了该解析方法的有效性;提出了考虑模型简化刚度误差的解析公式计算定子铁芯和机壳的周向固有频率;分别采用解析法、数值法和实验法对定子结构的固有频率计算,且解析法考虑了径厚比、模型简化和接线盒存在的刚度误差以及各部件相互约束等误差,通过与数值和实验结果的对比,其相对误差分别在|2.52%|和|7.42%|内。(3)对表面式永磁同步电动机的流场进行了分析。分别对表面式永磁同步电动机内部空气流域(考虑气隙中两永磁体间的间隔)和风扇风道流域进行流场和噪声场的耦合计算,确定了产生较大噪声的部位,即气隙中两永磁体间的间隔和冷却风扇叶轮出口与风道的接触部位。采用5大(48°)/3小极(40°)且3小极连一起的永磁体配置降低永磁同步电动机内部空气流域噪声,且降低了1.1dB;采用15mm风道相对间隔降低永磁同步电动机风扇风道流域噪声,且减小了1.4dB。确定了冷却风扇转速与风扇风道流域的空气动力噪声和质量流量之间的关系。(4)对表面式永磁同步电动机的铁损谐波对噪声的影响进行了分析。运用数值法分析了不同的工况、脉宽调制(Pulse-Width Modulation,PWM)控制变频器中电压调制指数、电动机转速、变频器以及控制方式对表面式永磁同步电动机铁损谐波的影响。结果表明,表面式永磁同步电动机在负载运行时产生的铁损大于空载运行时产生的铁损,且空载运行时产生的铁损大于开路运行时产生的铁损;随着PWM控制变频器中电压调制指数的减小或者表面式永磁同步电动机转速的提高,表面式永磁同步电动机的铁损都会增大;与硅-绝缘栅双极型晶体管(Silicon Insulated Gate Bipolar Transistor,Si-IGBT)变频器励磁相比,碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管(Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC-MOSFET)变频器励磁可以有效的降低表面式永磁同步电动机的铁损;与PWM控制相比,脉幅调制(Pulse-Amplitude Modulation,PAM)控制也可以有效的降低表面式永磁同步电动机的铁损。且在低铁损的工况下,由于电压、电流等谐波含量少,表面式永磁同步电动机的噪声值也会降低。(5)对表面式永磁同步电动机的噪声进行了测试分析。通过实验得到了表面式永磁同步电动机在不同的转速、开关频率以及负载下的声压级频谱和噪声值,并得出声压级频谱主要峰值及频率。从机械噪声源,空气动力噪声源以及电磁噪声源3个方面分析表面式永磁同步电动机噪声产生的原因。提出了不同降低表面式永磁同步电动机噪声的方法:提高同轴度、增加冷却风扇叶片数、在定子齿中间开辅助槽、提高开关频率、增加定子结构的壁厚、降低电流谐波等。并提出一个降低表面式永磁同步电动机噪声的综合方法(提高同轴度、在定子齿中间开辅助槽以及增加定子结构的壁厚)。该方法可使表面式永磁同步电动机在2000r/min额定转速、4kHz开关频率以及满载下的噪声值降低4.7dB(A);而且在空载时,也会使表面式永磁同步电动机的尖锐度和响度分别减小0.522acum和6.97sone。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH113.1
【部分图文】：

图 1.1 锤击法电动机模态实验示意图.1 Schematic diagram on modal experiment of motor with hammering图 1.2 激振器法电动机模态实验示意图 Schematic diagram on modal experiment of motor with vibration excit陈述可知，国内外学者对电动机结构固有频率进行了大量不断进步使人们对电动机结构固有频率的理解不断深入。率的研究问题还很多，电动机的材料特性、安装方式、工作率的影响还需要进一步研究，建立精度较高、简单实用的绕结构固有频率研究的难点之一[35-39]。

沈阳工业大学博士学位论文验结果相比，未浸漆绕组对定子 2 阶固有频率影响率明显下降；端部绕组几乎对定子的 2 阶固有频率端盖不仅增加了定子 2 阶固有频率的个数还增大了频率的影响很小，可以忽略不计。图 1.1 锤击法电动机模态实验示意图chematic diagram on modal experiment of motor with hammer

第 1 章 绪论量区，即高速，而负荷又比较小时，旋转噪声则占气动噪噪声在声压级频谱上表现为连续的频谱。当叶片旋转时，在叶顶分离，随之产生涡流。涡流分离时会产生稀疏和压缩，并以的噪声就是涡流噪声。涡流噪声取决于转子叶片上流过的相片工作在小流量区，即低速，而负荷又比较大时，涡流噪声家学者对气动噪声的研究主要从理论、实验以及数值三个动力噪声在理论上的研究现状理论研究发展历程如图 1.3 所示。
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本文编号：2884139