نویز الکترومغناطیسی استاتور در موتور عمدتاً تحت تأثیر دو عامل نیروی تحریک الکترومغناطیسی و پاسخ ساختاری و تابش صوتی ناشی از نیروی تحریک مربوطه است. مروری بر تحقیق.
پروفسور ZQZhu از دانشگاه شفیلد انگلستان و غیره از روش تحلیلی برای مطالعه نیروی الکترومغناطیسی و نویز استاتور موتور آهنربای دائم، مطالعه نظری نیروی الکترومغناطیسی موتور بدون جاروبک آهنربای دائم و ارتعاشات الکترومغناطیسی دائمی استفاده کرد. موتور DC بدون براش آهنربایی با 10 قطب و 9 اسلات. نویز مورد مطالعه قرار می گیرد، رابطه بین نیروی الکترومغناطیسی و عرض دندان استاتور به صورت تئوری مورد مطالعه قرار می گیرد، و رابطه بین موج گشتاور و نتایج بهینه سازی ارتعاش و نویز تحلیل می شود.پروفسور Tang Renyuan و Song Zhihuan از دانشگاه صنعتی Shenyang یک روش تحلیلی کامل برای مطالعه نیروی الکترومغناطیسی و هارمونیک های آن در موتور آهنربای دائم ارائه کردند که پشتیبانی نظری را برای تحقیقات بیشتر در مورد نظریه نویز موتور آهنربای دائم فراهم کرد.منبع نویز ارتعاش الکترومغناطیسی در اطراف موتور سنکرون آهنربای دائمی که توسط موج سینوسی و مبدل فرکانس تغذیه می‌شود، فرکانس مشخصه میدان مغناطیسی شکاف هوا، نیروی الکترومغناطیسی نرمال و نویز ارتعاش مورد بررسی قرار می‌گیرد و دلیل گشتاور بررسی می‌شود. ریپل تحلیل می شود. ضربان گشتاور به صورت تجربی با استفاده از عنصر شبیه‌سازی و تأیید شد، و ضربان گشتاور تحت شرایط مناسب شیار-قطب مختلف، و همچنین اثرات طول شکاف هوا، ضریب قوس قطب، زاویه پخ و عرض شیار بر روی ضربان گشتاور مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. .مدل نیروی شعاعی و نیروی مماسی الکترومغناطیسی و شبیه‌سازی مودال مربوطه انجام می‌شود، نیروی الکترومغناطیسی و پاسخ نویز ارتعاشی در حوزه فرکانس آنالیز می‌شوند و مدل تابش صوتی آنالیز می‌شود و شبیه‌سازی و تحقیقات تجربی مربوطه انجام می‌شود. اشاره می شود که حالت های اصلی استاتور موتور آهنربای دائمی در شکل نشان داده شده است.
حالت اصلی موتور آهنربای دائمی
فناوری بهینه سازی ساختار بدنه موتورشار مغناطیسی اصلی در موتور به طور قابل ملاحظه ای به صورت شعاعی وارد شکاف هوا می شود و نیروهای شعاعی بر روی استاتور و روتور ایجاد می کند و باعث ایجاد لرزش و نویز الکترومغناطیسی می شود.در عین حال، گشتاور مماسی و نیروی محوری ایجاد می کند و باعث ایجاد ارتعاش مماس و ارتعاش محوری می شود.در بسیاری از موارد، مانند موتورهای نامتقارن یا موتورهای تک فاز، ارتعاش مماسی ایجاد شده بسیار زیاد است و به راحتی می توان رزونانس اجزای متصل به موتور را ایجاد کرد و در نتیجه نویز تابشی ایجاد کرد.برای محاسبه نویزهای الکترومغناطیسی و تجزیه و تحلیل و کنترل این نویزها باید منبع آنها را دانست که همان موج نیرویی است که ارتعاش و نویز ایجاد می کند.به همین دلیل، تجزیه و تحلیل امواج نیروی الکترومغناطیسی از طریق تجزیه و تحلیل میدان مغناطیسی شکاف هوا انجام می شود.با فرض اینکه موج چگالی شار مغناطیسی تولید شده توسط استاتور است و موج چگالی شار مغناطیسیتولید شده توسط روتور است، سپس موج چگالی شار مغناطیسی مرکب آنها در شکاف هوا را می توان به صورت زیر بیان کرد:
عواملی مانند شکاف استاتور و روتور، توزیع سیم پیچ، اعوجاج شکل موج جریان ورودی، نوسانات نفوذ شکاف هوا، خروج از مرکز روتور و همین عدم تعادل همگی می توانند منجر به تغییر شکل مکانیکی و سپس ارتعاش شوند. هارمونیک های فضا، هارمونیک های زمانی، هارمونیک های شکاف، هارمونیک های خروج از مرکز و اشباع مغناطیسی نیروی مغناطیسی همگی هارمونیک های نیرو و گشتاور بالاتری تولید می کنند. به خصوص موج نیروی شعاعی در موتور AC، به طور همزمان بر روی استاتور و روتور موتور اثر می گذارد و اعوجاج مدار مغناطیسی ایجاد می کند.ساختار قاب استاتور و پوشش روتور منبع اصلی تابش نویز موتور است.اگر نیروی شعاعی نزدیک یا برابر فرکانس طبیعی سیستم پایه استاتور باشد، تشدید ایجاد می شود که باعث تغییر شکل سیستم استاتور موتور و ایجاد ارتعاش و نویز صوتی می شود.در بیشتر موارد،سر و صدای مغناطیسی ناشی از فرکانس پایین 2f، نیروی شعاعی مرتبه بالا ناچیز است (f فرکانس اصلی موتور است، p تعداد جفت قطب های موتور است). با این حال، نیروی شعاعی ناشی از مغناطیسی می تواند به حدود 50 درصد نیروی شعاعی القا شده توسط میدان مغناطیسی شکاف هوا برسد.برای موتوری که توسط یک اینورتر به حرکت در می‌آید، به دلیل وجود هارمونیک‌های زمانی با مرتبه بالا در جریان سیم‌پیچ‌های استاتور، هارمونیک‌های زمانی گشتاور ضربانی اضافی تولید می‌کنند که معمولاً بزرگتر از گشتاور ضربانی تولید شده توسط هارمونیک‌های فضایی است. بزرگعلاوه بر این، موج ولتاژ تولید شده توسط واحد یکسو کننده نیز از طریق مدار میانی به اینورتر منتقل می شود و در نتیجه نوع دیگری از گشتاور ضربانی ایجاد می شود.تا آنجا که به نویز الکترومغناطیسی موتور سنکرون آهنربای دائم مربوط می شود، نیروی ماکسول و نیروی مغناطیسی عامل اصلی ایجاد ارتعاش و نویز موتور هستند.
ویژگی های ارتعاش استاتور موتورنویز الکترومغناطیسی موتور نه تنها به فرکانس، نظم و دامنه موج نیروی الکترومغناطیسی تولید شده توسط میدان مغناطیسی شکاف هوا، بلکه به حالت طبیعی ساختار موتور نیز مربوط می شود.نویز الکترومغناطیسی عمدتاً توسط ارتعاش استاتور و بدنه موتور ایجاد می شود.بنابراین، پیش‌بینی فرکانس طبیعی استاتور از طریق فرمول‌ها یا شبیه‌سازی‌های نظری از قبل، و تکان دادن فرکانس نیروی الکترومغناطیسی و فرکانس طبیعی استاتور، وسیله‌ای مؤثر برای کاهش نویز الکترومغناطیسی است.هنگامی که فرکانس موج نیروی شعاعی موتور برابر یا نزدیک به فرکانس طبیعی مرتبه خاصی از استاتور باشد، تشدید ایجاد می شود.در این زمان، حتی اگر دامنه موج نیروی شعاعی زیاد نباشد، باعث ایجاد ارتعاش زیادی در استاتور می شود و در نتیجه یک نویز الکترومغناطیسی بزرگ ایجاد می کند.برای نویز موتور، مهم‌ترین نکته مطالعه مودهای طبیعی با ارتعاش شعاعی به عنوان اصلی است، ترتیب محوری صفر و شکل حالت فضایی زیر مرتبه ششم است، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
فرم ارتعاش استاتور
هنگام تجزیه و تحلیل ویژگی های ارتعاش موتور، به دلیل تأثیر محدود میرایی بر شکل حالت و فرکانس استاتور موتور، می توان آن را نادیده گرفت.میرایی سازه کاهش سطوح ارتعاش در نزدیکی فرکانس تشدید با اعمال مکانیسم اتلاف انرژی بالا، همانطور که نشان داده شده است، و فقط در فرکانس تشدید یا نزدیک به آن در نظر گرفته می شود.
اثر میرایی
پس از افزودن سیم‌پیچ‌ها به استاتور، سطح سیم‌پیچ‌ها در شکاف هسته آهنی با لاک کار می‌شود، کاغذ عایق، لاک و سیم مسی به یکدیگر متصل می‌شوند و کاغذ عایق موجود در شکاف نیز به دندان‌ها متصل می‌شود. از هسته آهنیبنابراین، سیم پیچ درون شکاف سهم سختی خاصی در هسته آهن دارد و نمی توان آن را به عنوان یک جرم اضافی در نظر گرفت.هنگامی که از روش اجزای محدود برای تجزیه و تحلیل استفاده می شود، لازم است پارامترهایی را به دست آوریم که خواص مکانیکی مختلف را با توجه به مواد سیم پیچ در گیره مشخص می کند.در طول اجرای فرآیند، سعی کنید از کیفیت رنگ غوطه ور اطمینان حاصل کنید، کشش سیم پیچ سیم پیچ را افزایش دهید، سفتی سیم پیچ و هسته آهنی را بهبود بخشید، استحکام ساختار موتور را افزایش دهید، فرکانس طبیعی را برای جلوگیری از افزایش دهید. تشدید، کاهش دامنه ارتعاش و کاهش امواج الکترومغناطیسی. سر و صدافرکانس طبیعی استاتور پس از فشار دادن به بدنه با فرکانس تک هسته استاتور متفاوت است. پوشش می تواند به طور قابل توجهی فرکانس جامد ساختار استاتور، به ویژه فرکانس جامد درجه پایین را بهبود بخشد. افزایش نقاط عملیاتی سرعت دورانی، دشواری اجتناب از تشدید در طراحی موتور را افزایش می دهد.هنگام طراحی موتور، پیچیدگی ساختار پوسته باید به حداقل برسد و فرکانس طبیعی ساختار موتور را می توان با افزایش مناسب ضخامت پوسته افزایش داد تا از بروز رزونانس جلوگیری شود.علاوه بر این، تنظیم مناسب رابطه تماس بین هسته استاتور و پوشش هنگام استفاده از تخمین المان محدود بسیار مهم است.
تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی موتورهابه عنوان یک شاخص مهم طراحی الکترومغناطیسی موتور، چگالی مغناطیسی معمولاً می تواند وضعیت کار موتور را منعکس کند.بنابراین، ابتدا مقدار چگالی مغناطیسی را استخراج و بررسی می‌کنیم، اولی برای تأیید صحت شبیه‌سازی و دومی فراهم کردن مبنایی برای استخراج بعدی نیروی الکترومغناطیسی است.نمودار ابر چگالی مغناطیسی موتور استخراج شده در شکل زیر نشان داده شده است.
از نقشه ابری می توان دریافت که چگالی مغناطیسی در موقعیت پل جداسازی مغناطیسی بسیار بالاتر از نقطه عطف منحنی BH هسته استاتور و روتور است که می تواند اثر جداسازی مغناطیسی بهتری را ایفا کند.
منحنی چگالی شار شکاف هواچگالی مغناطیسی شکاف هوای موتور و موقعیت دندان را استخراج کنید، یک منحنی رسم کنید و می توانید مقادیر خاص چگالی مغناطیسی شکاف هوای موتور و چگالی مغناطیسی دندان را ببینید. چگالی مغناطیسی دندان فاصله معینی از نقطه انحراف ماده است که فرض بر این است که در هنگام طراحی موتور با سرعت بالا ناشی از اتلاف آهن زیاد باشد.
تحلیل مودال موتوربر اساس مدل ساختار موتور و شبکه، ماده را تعریف کنید، هسته استاتور را به عنوان فولاد ساختاری، و پوشش را به عنوان مواد آلومینیومی تعریف کنید، و تجزیه و تحلیل مودال را روی موتور به عنوان یک کل انجام دهید.حالت کلی موتور مطابق شکل زیر به دست آمده است.
شکل حالت مرتبه اول
شکل حالت مرتبه دوم
شکل حالت مرتبه سوم
تجزیه و تحلیل ارتعاش موتورپاسخ هارمونیک موتور تحلیل شده و نتایج شتاب ارتعاش در سرعت های مختلف در شکل زیر نشان داده شده است.