永磁同步电机振动噪声的分析与结构优化
发布时间：2022-04-27 19:58
永磁同步电机具有结构简单、功率密度大、效率高等优势,在空间和能源有限的自主式水下航行器中得到了广泛应用。永磁同步电机在运行过程中会产生径向电磁力和齿槽转矩,这些激励作用于电机结构,将引起电机的振动,向外辐射噪声,影响电机稳定运行和航行器的隐身性能。本文以某自主式水下航行器配备的推进用永磁同步电机为研究对象,围绕电机振动分析和优化,分别建立了永磁同步电机的电磁场模型、结构模型以及瞬态动力学耦合模型,从解析、仿真和实验的层面,对电机进行了如下研究:首先,分析了永磁同步电机电磁激励的分布规律。通过解析,推导出电磁力波的阶数与频率;建立了永磁同步电机的电磁有限元仿真模型,计算得到了电磁场的时空分布,经过傅里叶分解,得到了电磁力的频域特征。给出了齿槽转矩的解析式,并进行了数值仿真,分析了齿槽转矩的分布规律。其次,研究了永磁同步电机定子系统的模态特性。通过机电类比法,推导出电机定子系统固有频率的解析式;建立了电机定子系统的有限元模型,对其固有频率和振型进行了仿真分析。采用运行模态试验方法,搭建实验平台,完成了永磁同步电机的模态测试,辨识出电机定子系统的固有频率。再次,研究了永磁同步电机的振动响应。...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电磁激励的研究
1.2.2 结构模态特性的研究
1.2.3 电磁激励下振动响应的研究
1.3 研究内容
第二章 永磁同步电机电磁激励分析
2.1 引言
2.2 径向电磁力
2.2.1 径向电磁力的解析计算
2.2.2 磁场分布及径向电磁力的仿真分析
2.2.3 变频供电下的振动激励
2.3 齿槽转矩
2.3.1 齿槽转矩的解析计算
2.3.2 齿槽转矩的仿真计算
2.4 本章小结
第三章 永磁同步电机定子结构模态分析
3.1 引言
3.2 定子系统的双环模型
3.2.1 机电类比法
3.2.2 双环模型
3.3 结构模态的有限元仿真
3.3.1 定子铁芯的模态分析
3.3.2 绕组对定子铁心模态的影响
3.3.3 定子系统的模态
3.4 永磁同步电机的模态实验
3.4.1 自互谱法的基本原理
3.4.2 永磁同步电机的运行模态实验
3.5 本章小结
第四章 电磁激励作用下的振动响应
4.1 振动响应的解析计算
4.2 电磁力作用下的振动响应
4.3 齿槽转矩作用下的振动响应
4.4 永磁同步电机振动响应的实验验证
4.4.1 两种电磁激励下的振动响应
4.4.2 齿槽转矩作用下的振动响应
4.5 本章小结
第五章 永磁同步电机减振优化设计
5.1 引言
5.2 电磁激励的优化
5.2.1 设计变量的确立
5.2.2 齿顶弧偏移对于电磁激励的影响
5.3 定子模态优化
5.3.1 优化目标的确立
5.3.2 设计变量的选择
5.3.3 基于响应面法的定子模态优化
5.4 优化后的振动响应
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进电机的模态分析与实验研究[J]. 刘磊,赵国平,魏娟,郑林,田冠枝. 微特电机. 2018(12)
[2]三电平SVPWM控制技术在船舶推进系统中的应用[J]. 于洋,雷鹏,苑利维,魏思维,郑林. 微电机. 2018(10)
[3]基于ANSYS Workbench曲柄销轴的优化设计[J]. 刘承杰,罗鹏,赵磊,陈易. 应用力学学报. 2017(06)
[4]永磁同步推进电机电磁振动分析[J]. 陈益广,韩柏然,沈勇环,魏娟,郭喜彬. 电工技术学报. 2017(23)
[5]RSVPWM技术在船舶推进系统中的应用研究[J]. 苑利维,于洋,汪远银,姜丽婷. 电力电子技术. 2017(03)
[6]一种优化齿槽转矩抑制永磁同步电机振动和噪声的方法[J]. 王明星,王爱元,李轶华. 电机与控制应用. 2017(02)
[7]永磁同步电机电磁振动数值预测与分析[J]. 左曙光,刘晓璇,于明湖,吴旭东,张国辉. 电工技术学报. 2017(01)
[8]表贴式永磁同步电机齿槽转矩抑制的方法[J]. 郑再平,吴红星,张志鑫,王璐,黄玉平. 微电机. 2016(12)
[9]笼型三相异步电动机的电磁振动计算方法的研究[J]. 庄火庚. 电机与控制应用. 2016(04)
[10]异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析和削弱措施研究[J]. 唐旭,王秀和,孙树敏,赵军伟. 中国电机工程学报. 2016(05)
博士论文
[1]表面式永磁电机电磁激振力波及其抑制措施研究[D]. 张冉.山东大学 2011
硕士论文
[1]调速永磁同步电动机的模态分析计算[D]. 王康.山东大学 2018
[2]软开关技术对开关频率调制引起的振动噪声的研究[D]. 季慧颖.沈阳工业大学 2017
[3]永磁同步电动机电磁振动与噪声的研究[D]. 蔡黎明.广东工业大学 2016
[4]基于有限元的鼠笼电机电磁振动噪声研究[D]. 刘昌奇.上海电机学院 2016
[5]环境激励下船舶结构模态分析实验与理论研究[D]. 姜大正.大连理工大学 2009
本文编号：3649079
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电磁激励的研究
1.2.2 结构模态特性的研究
1.2.3 电磁激励下振动响应的研究
1.3 研究内容
第二章 永磁同步电机电磁激励分析
2.1 引言
2.2 径向电磁力
2.2.1 径向电磁力的解析计算
2.2.2 磁场分布及径向电磁力的仿真分析
2.2.3 变频供电下的振动激励
2.3 齿槽转矩
2.3.1 齿槽转矩的解析计算
2.3.2 齿槽转矩的仿真计算
2.4 本章小结
第三章 永磁同步电机定子结构模态分析
3.1 引言
3.2 定子系统的双环模型
3.2.1 机电类比法
3.2.2 双环模型
3.3 结构模态的有限元仿真
3.3.1 定子铁芯的模态分析
3.3.2 绕组对定子铁心模态的影响
3.3.3 定子系统的模态
3.4 永磁同步电机的模态实验
3.4.1 自互谱法的基本原理
3.4.2 永磁同步电机的运行模态实验
3.5 本章小结
第四章 电磁激励作用下的振动响应
4.1 振动响应的解析计算
4.2 电磁力作用下的振动响应
4.3 齿槽转矩作用下的振动响应
4.4 永磁同步电机振动响应的实验验证
4.4.1 两种电磁激励下的振动响应
4.4.2 齿槽转矩作用下的振动响应
4.5 本章小结
第五章 永磁同步电机减振优化设计
5.1 引言
5.2 电磁激励的优化
5.2.1 设计变量的确立
5.2.2 齿顶弧偏移对于电磁激励的影响
5.3 定子模态优化
5.3.1 优化目标的确立
5.3.2 设计变量的选择
5.3.3 基于响应面法的定子模态优化
5.4 优化后的振动响应
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]推进电机的模态分析与实验研究[J]. 刘磊,赵国平,魏娟,郑林,田冠枝. 微特电机. 2018(12)
[2]三电平SVPWM控制技术在船舶推进系统中的应用[J]. 于洋,雷鹏,苑利维,魏思维,郑林. 微电机. 2018(10)
[3]基于ANSYS Workbench曲柄销轴的优化设计[J]. 刘承杰,罗鹏,赵磊,陈易. 应用力学学报. 2017(06)
[4]永磁同步推进电机电磁振动分析[J]. 陈益广,韩柏然,沈勇环,魏娟,郭喜彬. 电工技术学报. 2017(23)
[5]RSVPWM技术在船舶推进系统中的应用研究[J]. 苑利维,于洋,汪远银,姜丽婷. 电力电子技术. 2017(03)
[6]一种优化齿槽转矩抑制永磁同步电机振动和噪声的方法[J]. 王明星,王爱元,李轶华. 电机与控制应用. 2017(02)
[7]永磁同步电机电磁振动数值预测与分析[J]. 左曙光,刘晓璇,于明湖,吴旭东,张国辉. 电工技术学报. 2017(01)
[8]表贴式永磁同步电机齿槽转矩抑制的方法[J]. 郑再平,吴红星,张志鑫,王璐,黄玉平. 微电机. 2016(12)
[9]笼型三相异步电动机的电磁振动计算方法的研究[J]. 庄火庚. 电机与控制应用. 2016(04)
[10]异步起动永磁同步电动机齿槽转矩的解析分析和削弱措施研究[J]. 唐旭,王秀和,孙树敏,赵军伟. 中国电机工程学报. 2016(05)
博士论文
[1]表面式永磁电机电磁激振力波及其抑制措施研究[D]. 张冉.山东大学 2011
硕士论文
[1]调速永磁同步电动机的模态分析计算[D]. 王康.山东大学 2018
[2]软开关技术对开关频率调制引起的振动噪声的研究[D]. 季慧颖.沈阳工业大学 2017
[3]永磁同步电动机电磁振动与噪声的研究[D]. 蔡黎明.广东工业大学 2016
[4]基于有限元的鼠笼电机电磁振动噪声研究[D]. 刘昌奇.上海电机学院 2016
[5]环境激励下船舶结构模态分析实验与理论研究[D]. 姜大正.大连理工大学 2009
本文编号：3649079
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