Vibrationen und Geräusche des Permanentmagnetmotors
Studie zum Einfluss der elektromagnetischen Statorkraft
Das elektromagnetische Rauschen des Stators im Motor wird hauptsächlich von zwei Faktoren beeinflusst: der elektromagnetischen Erregerkraft und der strukturellen Reaktion und akustischen Strahlung, die durch die entsprechende Erregerkraft verursacht wird. Ein Rückblick auf die Forschung.
Professor ZQZhu von der University of Sheffield, Großbritannien usw. verwendete die Analysemethode, um die elektromagnetische Kraft und das Rauschen des Stators des Permanentmagnetmotors zu untersuchen, die theoretische Untersuchung der elektromagnetischen Kraft des bürstenlosen Permanentmagnetmotors und die Vibration des Permanentmagnetmotors Magnetbürstenloser Gleichstrommotor mit 10 Polen und 9 Schlitzen. Der Lärm wird untersucht, der Zusammenhang zwischen der elektromagnetischen Kraft und der Statorzahnbreite wird theoretisch untersucht und der Zusammenhang zwischen der Drehmomentwelligkeit und den Optimierungsergebnissen von Vibration und Lärm wird analysiert.Professor Tang Renyuan und Song Zhihuan von der Shenyang University of Technology stellten eine vollständige Analysemethode zur Untersuchung der elektromagnetischen Kraft und ihrer Harmonischen im Permanentmagnetmotor zur Verfügung, die theoretische Unterstützung für weitere Forschungen zur Geräuschtheorie des Permanentmagnetmotors lieferte.Die elektromagnetische Vibrationsgeräuschquelle wird um den von der Sinuswelle und dem Frequenzumrichter angetriebenen Permanentmagnet-Synchronmotor herum analysiert, die charakteristische Frequenz des Luftspaltmagnetfelds, die normale elektromagnetische Kraft und das Vibrationsgeräusch werden untersucht und die Ursache für das Drehmoment untersucht Welligkeit wird analysiert. Die Drehmomentpulsation wurde mit dem Element experimentell simuliert und verifiziert, und die Drehmomentpulsation unter verschiedenen Nut-Pol-Passungsbedingungen sowie die Auswirkungen von Luftspaltlänge, Polbogenkoeffizient, Fasenwinkel und Schlitzbreite auf die Drehmomentpulsation wurden analysiert .Das elektromagnetische Radialkraft- und Tangentialkraftmodell und die entsprechende Modalsimulation werden durchgeführt, die elektromagnetische Kraft und die Vibrationsgeräuschreaktion werden im Frequenzbereich analysiert, das akustische Strahlungsmodell wird analysiert und die entsprechenden Simulationen und experimentellen Untersuchungen werden durchgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Hauptmodi des Stators des Permanentmagnetmotors in der Abbildung dargestellt sind.
Der Hauptmodus des Permanentmagnetmotors
Technologie zur Optimierung der KarosseriestrukturDer Hauptmagnetfluss im Motor tritt im Wesentlichen radial in den Luftspalt ein und erzeugt Radialkräfte auf Stator und Rotor, die elektromagnetische Vibrationen und Geräusche verursachen.Gleichzeitig erzeugt es ein Tangentialmoment und eine Axialkraft, was zu Tangentialvibrationen und Axialvibrationen führt.In vielen Fällen, beispielsweise bei asymmetrischen Motoren oder Einphasenmotoren, ist die erzeugte tangentiale Vibration sehr groß und es kann leicht zu Resonanzen der mit dem Motor verbundenen Komponenten kommen, was zu abgestrahltem Lärm führt.Um elektromagnetische Geräusche zu berechnen und diese Geräusche zu analysieren und zu kontrollieren, ist es notwendig, ihre Quelle zu kennen, nämlich die Kraftwelle, die Vibrationen und Geräusche erzeugt.Aus diesem Grund erfolgt die Analyse elektromagnetischer Kraftwellen durch die Analyse des Luftspaltmagnetfeldes.Unter der Annahme, dass die vom Stator erzeugte magnetische Flussdichtewelle , und die magnetische Flussdichtewelle beträgtvom Rotor erzeugt wird, dann kann ihre zusammengesetzte magnetische Flussdichtewelle im Luftspalt wie folgt ausgedrückt werden:
Faktoren wie Stator- und Rotornuten, Wicklungsverteilung, Verzerrung der Eingangsstromwellenform, Schwankungen der Luftspaltpermeanz, Rotorexzentrizität und die gleiche Unwucht können alle zu mechanischer Verformung und dann zu Vibrationen führen. Die Raumharmonischen, Zeitharmonischen, Schlitzharmonischen, Exzentrizitätsharmonischen und die magnetische Sättigung der magnetomotorischen Kraft erzeugen alle höhere Harmonische von Kraft und Drehmoment. Insbesondere die Radialkraftwelle im Wechselstrommotor wirkt gleichzeitig auf den Stator und den Rotor des Motors und erzeugt eine Verzerrung des Magnetkreises.Die Stator-Rahmen- und Rotor-Gehäuse-Struktur ist die Hauptstrahlungsquelle für Motorgeräusche.Wenn die Radialkraft nahe oder gleich der Eigenfrequenz des Stator-Basis-Systems ist, kommt es zu Resonanz, die zu einer Verformung des Motor-Stator-Systems sowie zu Vibrationen und akustischen Geräuschen führt.In den meisten FällenDas magnetostriktive Geräusch, das durch die niederfrequente Radialkraft hoher Ordnung 2f verursacht wird, ist vernachlässigbar (f ist die Grundfrequenz des Motors, p ist die Anzahl der Motorpolpaare). Die durch Magnetostriktion induzierte Radialkraft kann jedoch etwa 50 % der durch das Luftspaltmagnetfeld induzierten Radialkraft erreichen.Bei einem von einem Wechselrichter angetriebenen Motor erzeugen die Zeitharmonischen aufgrund des Vorhandenseins von Zeitharmonischen höherer Ordnung im Strom seiner Statorwicklungen ein zusätzliches pulsierendes Drehmoment, das normalerweise größer ist als das von den Raumharmonischen erzeugte pulsierende Drehmoment. groß.Darüber hinaus wird die von der Gleichrichtereinheit erzeugte Spannungswelligkeit über den Zwischenkreis auch auf den Wechselrichter übertragen, was zu einem weiteren pulsierenden Drehmoment führt.Was das elektromagnetische Rauschen von Permanentmagnet-Synchronmotoren betrifft, sind die Maxwell-Kraft und die magnetostriktive Kraft die Hauptfaktoren, die Motorvibrationen und -geräusche verursachen.
Schwingungseigenschaften des MotorstatorsDas elektromagnetische Rauschen des Motors hängt nicht nur mit der Frequenz, Ordnung und Amplitude der elektromagnetischen Kraftwelle zusammen, die durch das Luftspaltmagnetfeld erzeugt wird, sondern auch mit dem natürlichen Modus der Motorstruktur.Elektromagnetische Geräusche werden hauptsächlich durch die Vibration des Motorstators und -gehäuses erzeugt.Daher ist die Vorhersage der Eigenfrequenz des Stators durch theoretische Formeln oder Simulationen im Voraus und die Staffelung der Frequenz der elektromagnetischen Kraft und der Eigenfrequenz des Stators ein wirksames Mittel zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen.Wenn die Frequenz der Radialkraftwelle des Motors gleich oder nahe der Eigenfrequenz einer bestimmten Ordnung des Stators ist, wird Resonanz verursacht.Selbst wenn die Amplitude der Radialkraftwelle zu diesem Zeitpunkt nicht groß ist, verursacht sie eine starke Vibration des Stators und erzeugt dadurch ein großes elektromagnetisches Rauschen.Bei Motorgeräuschen ist es am wichtigsten, die natürlichen Moden zu untersuchen, wobei die radiale Schwingung die Hauptschwingung ist, die axiale Ordnung Null ist und die räumliche Modenform unterhalb der sechsten Ordnung liegt, wie in der Abbildung dargestellt.
Statorvibrationsform
Bei der Analyse der Schwingungseigenschaften des Motors kann dies aufgrund des begrenzten Einflusses der Dämpfung auf die Modenform und die Frequenz des Motorstators vernachlässigt werden.Bei der Strukturdämpfung handelt es sich um die Reduzierung von Vibrationsniveaus in der Nähe der Resonanzfrequenz durch Anwendung eines Hochenergiedissipationsmechanismus, wie gezeigt, und sie wird nur bei oder in der Nähe der Resonanzfrequenz berücksichtigt.
dämpfende Wirkung
Nach dem Hinzufügen von Wicklungen zum Stator wird die Oberfläche der Wicklungen in der Eisenkernnut mit Lack behandelt, das Isolierpapier, der Lack und der Kupferdraht werden aneinander befestigt und das Isolierpapier in der Nut wird auch eng an den Zähnen befestigt des Eisenkerns.Daher trägt die In-Slot-Wicklung einen gewissen Steifigkeitsbeitrag zum Eisenkern bei und kann nicht als zusätzliche Masse betrachtet werden.Wenn die Finite-Elemente-Methode zur Analyse verwendet wird, ist es notwendig, Parameter zu erhalten, die verschiedene mechanische Eigenschaften je nach Material der Wicklungen in der Verzahnung charakterisieren.Versuchen Sie während der Durchführung des Prozesses, die Qualität des Tauchlacks sicherzustellen, die Spannung der Spulenwicklung zu erhöhen, die Festigkeit der Wicklung und des Eisenkerns zu verbessern, die Steifigkeit der Motorstruktur zu erhöhen und die zu vermeidende Eigenfrequenz zu erhöhen Resonanz, reduzieren die Schwingungsamplitude und reduzieren elektromagnetische Wellen. Lärm.Die Eigenfrequenz des Stators nach dem Einpressen in das Gehäuse unterscheidet sich von der des einzelnen Statorkerns. Das Gehäuse kann die Grundfrequenz der Statorstruktur erheblich verbessern, insbesondere die Grundfrequenz niedriger Ordnung. Die Erhöhung der Drehzahl-Betriebspunkte erhöht die Schwierigkeit, Resonanzen bei der Motorkonstruktion zu vermeiden.Beim Entwurf des Motors sollte die Komplexität der Gehäusestruktur minimiert werden, und die Eigenfrequenz der Motorstruktur kann durch entsprechende Erhöhung der Gehäusedicke erhöht werden, um das Auftreten von Resonanzen zu vermeiden.Darüber hinaus ist es sehr wichtig, die Kontaktbeziehung zwischen dem Statorkern und dem Gehäuse angemessen festzulegen, wenn die Finite-Elemente-Schätzung verwendet wird.
Elektromagnetische Analyse von MotorenAls wichtiger Indikator für das elektromagnetische Design des Motors kann die magnetische Dichte normalerweise den Betriebszustand des Motors widerspiegeln.Daher extrahieren und überprüfen wir zunächst den Wert der magnetischen Dichte. Der erste Zweck besteht darin, die Genauigkeit der Simulation zu überprüfen, und der zweite besteht darin, eine Grundlage für die anschließende Extraktion der elektromagnetischen Kraft bereitzustellen.Das extrahierte Wolkendiagramm der magnetischen Motordichte ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Aus der Wolkenkarte ist ersichtlich, dass die magnetische Dichte an der Position der magnetischen Isolationsbrücke viel höher ist als der Wendepunkt der BH-Kurve des Stator- und Rotorkerns, was zu einer besseren magnetischen Isolationswirkung führen kann.
Flussdichtekurve im LuftspaltExtrahieren Sie die Magnetdichten des Motorluftspalts und der Zahnposition, zeichnen Sie eine Kurve und Sie können die spezifischen Werte der Magnetdichte des Motorluftspalts und der Zahnmagnetdichte sehen. Die magnetische Dichte des Zahns liegt in einem bestimmten Abstand vom Wendepunkt des Materials, was vermutlich auf den hohen Eisenverlust zurückzuführen ist, wenn der Motor auf hohe Drehzahlen ausgelegt ist.
Motorische ModalanalyseDefinieren Sie basierend auf dem Motorstrukturmodell und dem Raster das Material, definieren Sie den Statorkern als Baustahl und das Gehäuse als Aluminiummaterial und führen Sie eine Modalanalyse für den Motor als Ganzes durch.Der Gesamtmodus des Motors ergibt sich wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Eigenform erster Ordnung
Eigenform zweiter Ordnung
Eigenform dritter Ordnung
MotorvibrationsanalyseDie harmonische Reaktion des Motors wird analysiert und die Ergebnisse der Vibrationsbeschleunigung bei verschiedenen Geschwindigkeiten sind in der folgenden Abbildung dargestellt.
1000 Hz Radialbeschleunigung
1500 Hz Radialbeschleunigung
2000 Hz RadialbeschleunigungZeitpunkt der Veröffentlichung: 13.06.2022