船舶用永磁同步电机振动分析及降振方法研究

发布时间：2020-07-14 12:09

【摘要】：本文以一台船舶用永磁同步电机作为研究对象,针对电机振动以及振动优化问题对电机进行了研究。通过对电机电磁、机械、结构等方面进行了分析计算与优化设计来降低电机由电磁力而产生的振动。首先,从电磁角度对电机振动进行分析并通过优化电磁参数来降低电机振动等级。从磁滞伸缩力、径向电磁力波、切向电磁力波、转矩脉动、齿槽转矩五个方面对电机电磁振动进行分析。先采用麦克斯韦张量法对电机的径向电磁力进行计算,推导出电机空载以及负载状态下径向电磁力波的表达式。然后通过有限元仿真分析确定了引起电磁振动的主要频率。以气隙磁密波形的总谐波畸变率(THD)最小为目标,通过改变电机电磁参数、优化永磁体形状、改变槽口大小等方式来优化电机中的径向电磁力波,降低电磁振动大小。然后根据文献资料从机械方面对电机振动进行分析并通过改变定子机械结构来降低电机的振动等级。根据薄壳理论薄壳理论推导出电机机械结构的振动公式和模态参数的计算公式,分析机械结构参数对薄壳模态参数和振动大小的影响规律。通过实验的方法对建立的有限元模型进行修正,使修正后的有限元模型与实际模型具有相同的模态频率。最后,采用修正后的有限元模型对相同电磁力波的激励下,定子在不同的轭厚、齿宽、齿长的参数下电机振动大小以及模态频率的变化规律进行了分析,得到了厚轭、短齿、窄齿结构有利于降低电机振动的结论。其次,通过对电机机壳、机座形状进行优化设计来降低电机振动等级。采用修正后的有限元模型,通过改变机壳的散热肋形状以及改变电机机座的形状来观察这些改变对电机振动大小的影响。通过有限元仿真计算可知,当电机机壳采用圆形散热肋以及无加强肋机座时,电机在垂直于机座面方向上的振动会有一定的削弱,平均振动等级会有一定的降低。最后,对由PWM开关频率引入的电流谐波振动进行优化设计来降低电机振动等级。根据理论研究分析了在PWM供电情况下,电机径向电磁力波的分布,通过增大电机电感值的方法和随机开关频率PWM技术两种方法对引起电机高频振动的开关频率附近的高次谐波进行削弱。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341
【图文】：

振动源,总振动,转速,电磁力波

图 1.1 不同转速下三类振动源对总振动的影响.1 Influence of three types of vibration sources on total vibration at different外研究现状电机定子和转子上的不断变化的电磁力波将会使电机产生电磁速低的电机，电磁振动往往是在所有振动源中占主导地位的振国内外众多学者的研究。对于振动的研究国外起步比较早。第的书出版于 1950 年，由苏联的 H.F.舒波夫所著。国内直到 19

原型,电机,电机振动

沈阳工业大学硕士学位论文究的对象国内外文献对电机振动原理以及电机振动优化研究结果作装的永磁同步电机作为研究对象，如图 1.2 所示。根据电磁仿真结果对电机振动情况进行分析，并根据分析结果研究造成的影响，对电机进行进一步的优化设计。电机的基带风扇，转速较低，故其机械振动噪声和空气动力振动噪是造成该电机振动的主要因素。

电磁力,磁势,永磁体

图 2.1 电磁力分解Fig.2.1 Electromagnetic force resolution时电机径向电磁力计算麦克斯韦张量法对电机空载时的电磁力进行分析。在电机空载时可以忽略不计，空载时磁场全部由永磁体提供。永磁体提供的磁场定子部分，然后再通过气隙经过转子形成闭合的磁回路。根据式（空载时电机的径向电磁力，需要得到电机径向气隙磁密 Br的分布乘磁导的方法进行求解。根据磁势乘磁导法，电机的气隙磁密 b(θb , t F , t ( , t),t)为磁势分布函数；Λ(θ,t)为气隙磁导。空载时，气隙磁势仅由永磁体产生，对永磁体产生的磁势进行傅

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