小功率永磁同步电机电磁振动与嗓声分析

发布时间：2017-08-18 23:01

  本文关键词：小功率永磁同步电机电磁振动与嗓声分析

  更多相关文章： 小功率永磁同步电机 电机电磁振动与噪声 径向电磁力 结构模态 有限元法 边界元法

【摘要】：永磁同步电机具有功率密度高、效率高、运行可靠等优点,但是其振动与噪声问题阻碍了它的进一步应用。对于功率较小的永磁同步电机而言,电机电磁振动与噪声问题尤为突出,因此深入研究小功率永磁同步电机的电磁振动与噪声显得尤为必要。产生电机电磁振动与噪声的机理是径向电磁力激励电机定子系统,定子系统振动产生辐射声场。导致小功率永磁同步电机电磁振动与噪声问题突出的原因主要有两个:其一,气隙磁场产生径向电磁力的时间频率与空间极对数比较复杂;其二,当径向电磁力的时间频率接近电机定子系统的模态固有频率时,会引起结构共振。本文以540瓦4极6槽小功率永磁同步电机为研究对象,根据电磁学、结构动力学以及声学理论,采用解析法、有限元法以及边界元法,进行了如下研究:首先,利用解析计算快速且有效地得到负载工况下径向电磁力的时间频率与空间极对数,同时利用电磁有限元仿真与二维傅立叶变换得到负载工况下径向电磁力的时间频率与空间极对数。对比发现:负载工况下,解析计算得到的径向电磁力的时间频率与空间极对数与仿真得到的结果相互吻合。其次,采取定子铁芯等效建模、绕组等效建模以及合理设置接触的措施对电机定子系统的径向模态进行了模态有限元仿真。仿真表明:绕组、机壳、端盖以及边界条件的加入会使电机定子系统径向模态固有振型形变变小,径向模态固有频率上升。再次,利用一种改进的电磁集中力加载方式对电机的电磁振动进行结构有限元仿真。仿真发现:虽然径向电磁力的幅值在低频段较大,但是电机的电磁振动在中高频段较为明显;通过观察机壳局部固有振型或端盖局部固有振型,可以快速确定产生共振的原因。然后,采用直接边界元法,研究了共振频率处电磁振动与电磁噪声之间的关系。研究表明:通过对比共振频率处定子系统的振动加速度云图与场点的声压级云图,能够直观地明确共振频率处电磁振动与电磁噪声的关系,并且共振频率处的声压级往往主导噪声测点在整个频率范围内的总声压级。最后,在不降低电机输出转矩的前提下,以定子齿表面径向电磁集中力均值最小化为目标,建立响应面模型,优化了两种定子齿的参数。优化结果表明:两种定子齿都能够降低电机电磁振动和噪声,其中三段式定子齿在降低电磁振动方面表现较好,而局部偏心定子齿在降低电磁噪声方面表现更佳。
【关键词】：小功率永磁同步电机 电机电磁振动与噪声 径向电磁力 结构模态 有限元法 边界元法
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景12
• 1.2 课题重要意义12
• 1.3 国内外研究现状12-19
• 1.3.1 电机径向电磁力的研究现状13-14
• 1.3.2 电机定子系统模态的研究现状14-15
• 1.3.3 电机电磁振动与噪声的研究现状15-19
• 1.4 本课题主要内容19-20
• 第二章 小功率永磁同步电机径向电磁力分析20-34
• 2.1 小功率永磁同步电机径向电磁力解析计算20-24
• 2.2 小功率永磁同步电机径向电磁力有限元仿真24-33
• 2.2.1 电磁有限元理论24-26
• 2.2.2 有限元仿真前处理及技术要点26-28
• 2.2.3 有限元仿真结果及分析28-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 小功率永磁同步电机定子系统径向模态分析34-52
• 3.1 多自由度系统模态分析理论34-35
• 3.2 小功率永磁同步电机定子系统径向模态有限元仿真35-50
• 3.2.1 定子铁芯径向模态有限元仿真35-38
• 3.2.2 带绕组定子铁芯径向模态有限元仿真38-42
• 3.2.3 带机壳定子径向模态有限元仿真42-45
• 3.2.4 不带边界定子系统径向模态有限元仿真45-47
• 3.2.5 带边界定子系统径向模态有限元仿真47-50
• 3.3 本章小结50-52
• 第四章 小功率永磁同步电机电磁振动分析52-62
• 4.1 模态叠加法频率响应分析理论52-53
• 4.2 小功率永磁同步电机电磁振动有限元仿真53-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 小功率永磁同步电机电磁噪声分析62-69
• 5.1 边界元法的介绍62
• 5.2 边界元仿真前处理及技术要点62-63
• 5.3 边界元仿真结果及分析63-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 降低小功率永磁同步电机电磁振动与噪声的研究69-81
• 6.1 两种定子齿69-70
• 6.2 响应面法理论70-71
• 6.3 优化71-80
• 6.3.1 确定目标函数71-72
• 6.3.2 两种定子齿参数的取值范围72-73
• 6.3.3 确定限制条件73
• 6.3.4 优化结果73-74
• 6.3.5 优化前后对比分析74-80
• 6.4 本章小结80-81
• 第七章 结束语81-83
• 7.1 主要工作与创新点81-82
• 7.2 后续研究工作82-83
• 参考 文献83-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91

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本文编号：697228