Elektromagnetický šum statoru v motoru ovlivňují především dva faktory, elektromagnetická budící síla a strukturální odezva a akustické záření způsobené odpovídající budicí silou. Přehled výzkumu.
Profesor ZQZhu z University of Sheffield, Spojené království atd. použil analytickou metodu ke studiu elektromagnetické síly a hluku statoru motoru s permanentním magnetem, teoretické studie elektromagnetické síly bezkomutátorového motoru s permanentním magnetem a vibrací permanentního magnetu. magnetický bezkomutátorový stejnosměrný motor s 10 póly a 9 sloty. Je studován hluk, teoreticky je studován vztah mezi elektromagnetickou silou a šířkou zubu statoru a analyzován vztah mezi zvlněním točivého momentu a výsledky optimalizace vibrací a hluku.Profesor Tang Renyuan a Song Zhihuan z Shenyang University of Technology poskytli kompletní analytickou metodu pro studium elektromagnetické síly a jejích harmonických v motoru s permanentním magnetem, která poskytla teoretickou podporu pro další výzkum teorie šumu motoru s permanentním magnetem.Zdroj elektromagnetického vibračního hluku je analyzován kolem synchronního motoru s permanentními magnety poháněného sinusovou vlnou a frekvenčním měničem, studuje se charakteristická frekvence magnetického pole vzduchové mezery, normální elektromagnetická síla a vibrační hluk a důvod točivého momentu. zvlnění je analyzováno. Pulzace točivého momentu byla simulována a experimentálně ověřena pomocí prvku Element a pulsace točivého momentu za různých podmínek uložení štěrbiny a pólu, stejně jako účinky délky vzduchové mezery, koeficientu pólového oblouku, úhlu zkosení a šířky štěrbiny na pulsaci točivého momentu byly analyzovány. .Je proveden model elektromagnetické radiální síly a tangenciální síly a odpovídající modální simulace, elektromagnetická síla a vibrační hluková odezva jsou analyzovány ve frekvenční oblasti a analyzován model akustického záření a je provedena odpovídající simulace a experimentální výzkum. Je třeba zdůraznit, že hlavní režimy statoru motoru s permanentním magnetem jsou znázorněny na obrázku.
Hlavní režim motoru s permanentními magnety
Technologie optimalizace struktury těla motoruHlavní magnetický tok v motoru vstupuje do vzduchové mezery v podstatě radiálně a generuje radiální síly na stator a rotor, což způsobuje elektromagnetické vibrace a hluk.Současně generuje tangenciální moment a axiální sílu, což způsobuje tangenciální vibrace a axiální vibrace.V mnoha případech, jako jsou asymetrické motory nebo jednofázové motory, jsou generované tangenciální vibrace velmi velké a je snadné způsobit rezonanci součástí připojených k motoru, což má za následek vyzařovaný hluk.Aby bylo možné vypočítat elektromagnetický šum a analyzovat a kontrolovat tyto zvuky, je nutné znát jejich zdroj, kterým je silová vlna, která generuje vibrace a hluk.Z tohoto důvodu se analýza elektromagnetických silových vln provádí pomocí analýzy magnetického pole vzduchové mezery.Za předpokladu, že vlna hustoty magnetického toku produkovaná statorem je , a vlna hustoty magnetického tokuprodukovaný rotorem je, pak lze jejich složenou vlnu hustoty magnetického toku ve vzduchové mezeře vyjádřit takto:
Faktory, jako je drážkování statoru a rotoru, rozložení vinutí, zkreslení tvaru vlny vstupního proudu, kolísání permeance vzduchové mezery, excentricita rotoru a stejná nevyváženost, to vše může vést k mechanické deformaci a následně k vibracím. Prostorové harmonické, časové harmonické, štěrbinové harmonické, excentrické harmonické a magnetická saturace magnetomotorické síly generují vyšší harmonické síly a točivého momentu. Zejména radiální silová vlna ve střídavém motoru bude působit na stator a rotor motoru současně a způsobí zkreslení magnetického obvodu.Konstrukce rámu statoru a pláště rotoru je hlavním zdrojem záření motoru.Pokud je radiální síla blízká nebo rovna vlastní frekvenci systému stator-základna, dojde k rezonanci, která způsobí deformaci systému statoru motoru a generuje vibrace a akustický hluk.ve většině případůmagnetostrikční šum způsobený nízkofrekvenční radiální silou 2f vysokého řádu je zanedbatelný (f je základní frekvence motoru, p je počet pólových párů motoru). Radiální síla vyvolaná magnetostrikcí však může dosáhnout asi 50 % radiální síly vyvolané magnetickým polem vzduchové mezery.U motoru poháněného invertorem v důsledku existence vyšších časových harmonických v proudu jeho statorových vinutí budou časové harmonické generovat dodatečný pulzující moment, který je obvykle větší než pulzující moment generovaný prostorovými harmonickými. velký.Kromě toho je zvlnění napětí generované jednotkou usměrňovače také přenášeno do měniče přes meziobvod, což má za následek jiný druh pulsujícího momentu.Pokud jde o elektromagnetický šum synchronního motoru s permanentními magnety, hlavními faktory způsobujícími vibrace a hluk motoru jsou Maxwellova síla a magnetostrikční síla.
Vibrační charakteristiky statoru motoruElektromagnetický hluk motoru nesouvisí pouze s frekvencí, řádem a amplitudou elektromagnetické silové vlny generované magnetickým polem vzduchové mezery, ale souvisí také s přirozeným režimem konstrukce motoru.Elektromagnetický hluk je generován hlavně vibracemi statoru motoru a pláště.Efektivním prostředkem ke snížení elektromagnetického šumu je proto předpovídání vlastní frekvence statoru pomocí teoretických vzorců nebo simulací předem a rozložení frekvence elektromagnetické síly a vlastní frekvence statoru.Když je frekvence radiální silové vlny motoru stejná nebo blízká vlastní frekvenci určitého řádu statoru, dojde k rezonanci.V tomto okamžiku, i když amplituda radiální silové vlny není velká, způsobí velké vibrace statoru, čímž se vytvoří velký elektromagnetický šum.Pro hluk motoru je nejdůležitější studovat přirozené režimy s radiální vibrací jako hlavní, axiální řád je nulový a tvar prostorového režimu je pod šestým řádem, jak je znázorněno na obrázku.
Forma vibrací statoru
Při analýze vibračních charakteristik motoru může být vzhledem k omezenému vlivu tlumení na tvar režimu a frekvenci statoru motoru ignorována.Strukturální tlumení je snížení úrovní vibrací v blízkosti rezonanční frekvence použitím mechanismu rozptylu vysoké energie, jak je znázorněno, a uvažuje se pouze při rezonanční frekvenci nebo v její blízkosti.
tlumící efekt
Po přidání vinutí ke statoru je povrch vinutí ve štěrbině železného jádra ošetřen lakem, izolační papír, lak a měděný drát jsou k sobě připojeny a izolační papír ve štěrbině je také těsně připojen k zubům železného jádra.Proto má vinutí ve štěrbině určitý příspěvek tuhosti k železnému jádru a nelze s ním zacházet jako s přídavnou hmotou.Při použití metody konečných prvků pro analýzu je nutné získat parametry, které charakterizují různé mechanické vlastnosti podle materiálu vinutí v ozubení.Během provádění procesu se snažte zajistit kvalitu namáčecí barvy, zvýšit napětí vinutí cívky, zlepšit těsnost vinutí a železného jádra, zvýšit tuhost konstrukce motoru, zvýšit vlastní frekvenci, aby se zabránilo rezonance, snížit amplitudu vibrací a snížit elektromagnetické vlny. hluk.Vlastní frekvence statoru po zalisování do pouzdra je odlišná od frekvence jednoho jádra statoru. Pouzdro může výrazně zlepšit pevnou frekvenci statorové konstrukce, zejména nízkou frekvenci pevných látek. Zvýšení pracovních bodů otáček zvyšuje obtížnost zamezení rezonance v konstrukci motoru.Při navrhování motoru by měla být minimalizována složitost konstrukce pláště a přirozená frekvence konstrukce motoru může být zvýšena vhodným zvýšením tloušťky pláště, aby se zabránilo výskytu rezonance.Navíc je velmi důležité při použití odhadu metodou konečných prvků rozumně nastavit kontaktní vztah mezi jádrem statoru a pláštěm.
Elektromagnetická analýza motorůJako důležitý ukazatel elektromagnetické konstrukce motoru může magnetická hustota obvykle odrážet pracovní stav motoru.Proto nejprve extrahujeme a zkontrolujeme hodnotu magnetické hustoty, první je ověření přesnosti simulace a druhá je poskytnout základ pro následnou extrakci elektromagnetické síly.Vyjmutý diagram magnetické hustoty motoru je znázorněn na následujícím obrázku.
Z mapy mraků je vidět, že magnetická hustota v poloze magnetického izolačního můstku je mnohem vyšší než inflexní bod křivky BH jádra statoru a rotoru, což může mít lepší účinek magnetické izolace.
Křivka hustoty toku vzduchové mezeryExtrahujte magnetické hustoty vzduchové mezery motoru a polohu zubů, nakreslete křivku a můžete vidět konkrétní hodnoty magnetické hustoty vzduchové mezery motoru a magnetické hustoty zubů. Magnetická hustota zubu je určitá vzdálenost od inflexního bodu materiálu, o které se předpokládá, že je způsobena vysokou ztrátou železa, když je motor navržen na vysokou rychlost.
Modální analýza motoruNa základě modelu struktury motoru a mřížky definujte materiál, definujte jádro statoru jako konstrukční ocel a definujte plášť jako hliníkový materiál a proveďte modální analýzu motoru jako celku.Celkový režim motoru se získá tak, jak je znázorněno na obrázku níže.
tvar režimu prvního řádu
tvar režimu druhého řádu
tvar režimu třetího řádu
Analýza vibrací motoruHarmonická odezva motoru je analyzována a výsledky zrychlení vibrací při různých rychlostech jsou znázorněny na obrázku níže.
1000Hz radiální zrychlení
Radiální zrychlení 1500Hz
Radiální zrychlení 2000HzČas odeslání: 13. června 2022