压缩机用永磁电机效率和噪声的研究

发布时间：2017-10-11 08:00

  本文关键词：压缩机用永磁电机效率和噪声的研究

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【摘要】：作为空调压缩机的核心动力部件,永磁电机的效率与噪声问题直接影响压缩机的整机性能。永磁电机的效率和噪声问题相互约束甚至矛盾,分析永磁电机的效率和噪声问题具有实际意义。本文将结合压缩机电机的应用背景,围绕永磁电机的效率和噪声问题进行研究与分析。首先,对电机铁心损耗的计算方法及影响因素进行研究分析。为较准确的计算铁心损耗,在考虑旋转磁化和谐波磁场情况下,本文在正交分解铁耗模型的基础上,修正其损耗系数,考虑磁密幅值对铁心损耗系数的影响,给出变系数正交分解铁耗模型,并和有限元计算结果相比较,模型准确性由空载铁耗实验进行验证。空载铁心损耗分离时,机械损耗由无磁转子测试获得。基于此铁耗模型分析了电机主磁场对铁心损耗的影响。本文在考虑实际工业化生产的前提下,提出转子外圆由多段不等半径圆弧拼接的优化措施,能够有效改善电机气隙磁场波形,在电机转矩系数不变时,减小电机铁心损耗,提高电机效率。其次,径向电磁力是引起电机振动与噪声的主要原因,本文从气隙磁场入手,利用解析的方式推导了永磁电机的径向电磁力,并通过有限元进行验证。为方便分析和突出主要阶次电磁力波,本文忽略高次磁动势和齿谐波磁导产生的高次谐波磁场,分别分析了空载和负载时PMSM的主要阶次力波及频率特性。然后,在压缩机的应用背景下,研究永磁同步电机定子铁心各阶模态问题。在保证相同冷媒流通面积的前提下,比较分析定子轭部切边形状对电机固有频率的影响。本文提出定子切边和回油槽结合的定子轭部设计,能够在相同冷媒流通面积下,具有最高的定子刚度,一定程度上能够降低噪声。通过动力学分析,利用电磁与结构弱耦合的方式计算电磁振动,引入声辐射模型计算电磁噪声。比较分析气隙磁场波形对电机噪声的影响,表明本文提出的转子外圆优化措施能够降低电机噪声。最后,电磁负荷配比直接决定电机铜耗和铁耗分布,从而决定电机效率,而磁负荷又直接影响径向电磁力,进而影响电磁噪声,因此电机效率和噪声性能相互约束。本文研究电磁负荷配比、齿轭比例以及定子槽型对损耗分布以及电机噪声的影响,均衡电机在两个负载状态下的效率和噪声性能,确定最佳电磁负荷配比以及齿轭尺寸。完善电机结构参数,进行样机设计和加工,完成电机的空载和负载实验,实验结果和仿真计算基本吻合。
【关键词】：压缩机 永磁电机 损耗 电磁力 模态 噪声
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9
• 1.2 永磁同步电机效率与铁耗计算的研究现状9-13
• 1.2.1 高效永磁同步电机的研究现状10-12
• 1.2.2 永磁同步电机铁心损耗的研究现状12-13
• 1.3 永磁同步电机振动与噪声的研究现状13-17
• 1.3.1 永磁电机电磁振动与噪声的研究现状13-15
• 1.3.2 永磁电机结构模态的研究现状15-17
• 1.4 本课题的研究内容17-19
• 第2章 永磁同步电机铁心损耗与影响因素分析19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 永磁同步电机铁心损耗的研究分析19-24
• 2.2.1 永磁同步电机铁心磁场的分析19-22
• 2.2.2 考虑旋转磁化的铁心损耗计算模型22-23
• 2.2.3 铁耗系数与磁密幅值的变化关系23-24
• 2.3 永磁同步电机空载铁心损耗实验24-25
• 2.4 永磁同步电机气隙磁场对铁心损耗的影响25-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 永磁同步电机噪声问题的研究31-51
• 3.1 引言31
• 3.2 永磁同步电机径向电磁力的研究分析31-41
• 3.2.1 永磁同步电机气隙磁场的分析31-33
• 3.2.2 永磁同步电机径向电磁力的解析分析33-38
• 3.2.3 永磁同步电机径向电磁力的有限元分析38-41
• 3.3 永磁同步电机定子结构模态的研究分析41-45
• 3.3.1 永磁同步电机定子铁心的模态分析41-43
• 3.3.2 考虑冷媒流通的定子轭部优化设计43-45
• 3.4 永磁同步电机电磁振动与噪声的研究分析45-49
• 3.4.1 永磁同步电机电磁噪声的计算45-46
• 3.4.2 永磁同步电机振动位移的计算46-47
• 3.4.3 不等半径分段式转子外圆对电机噪声的影响47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 兼顾效率和噪声的IPM设计及分析51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 永磁同步电机主要参数和结构形式的确定51-52
• 4.3 永磁电机效率和噪声问题的分析52-56
• 4.4 电磁负荷配比对电机效率和噪声的影响56-58
• 4.5 定子齿轭尺寸对电机效率和噪声的影响58-60
• 4.6 定子槽型对电机效率和噪声的影响60-61
• 4.7 电机结构参数确定及性能分析61-63
• 4.8 本章小结63-64
• 第5章 样机设计与实验测试64-68
• 5.1 引言64
• 5.2 样机空载反电势实验64-65
• 5.3 样机负载效率实验65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士期间发表的论文及其他成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：1011358