Исследование влияния электромагнитной силы статора
На электромагнитный шум статора двигателя в основном влияют два фактора: сила электромагнитного возбуждения, структурный отклик и акустическое излучение, вызванное соответствующей силой возбуждения. Обзор исследования.
Профессор ZQZhu из Университета Шеффилда, Великобритания, и др. использовал аналитический метод для изучения электромагнитной силы и шума статора двигателя с постоянными магнитами, теоретического исследования электромагнитной силы бесщеточного двигателя с постоянными магнитами и вибрации двигателя с постоянными магнитами. бесщеточный двигатель постоянного тока с магнитом, 10 полюсами и 9 слотами. Изучен шум, теоретически изучена связь между электромагнитной силой и шириной зубца статора, проанализирована связь между пульсациями крутящего момента и результатами оптимизации вибрации и шума.Профессор Тан Ренюань и Сун Чжихуань из Шэньянского технологического университета представили полный аналитический метод изучения электромагнитной силы и ее гармоник в двигателе с постоянными магнитами, что обеспечило теоретическую поддержку для дальнейших исследований по теории шума двигателя с постоянными магнитами.Анализируется источник шума электромагнитной вибрации вокруг синхронного двигателя с постоянными магнитами, питаемого от синусоидальной волны и преобразователя частоты, изучается характерная частота магнитного поля воздушного зазора, нормальная электромагнитная сила и вибрационный шум, а также причина крутящего момента. пульсация анализируется. Пульсация крутящего момента была смоделирована и проверена экспериментально с использованием Element, при этом пульсация крутящего момента при различных условиях посадки паза-полюса, а также влияние длины воздушного зазора, коэффициента полюсной дуги, угла скоса и ширины паза на пульсацию крутящего момента были проанализированы. .Выполняется модель электромагнитной радиальной силы и тангенциальной силы, а также соответствующее модальное моделирование, анализируется реакция электромагнитной силы и вибрационного шума в частотной области, анализируется модель акустического излучения, а также проводятся соответствующее моделирование и экспериментальные исследования. Отмечается, что основные режимы работы статора двигателя с постоянными магнитами показаны на рисунке.
Основной режим двигателя с постоянными магнитами
Технология оптимизации конструкции корпуса двигателяОсновной магнитный поток двигателя входит в воздушный зазор по существу радиально и создает радиальные силы на статоре и роторе, вызывая электромагнитную вибрацию и шум.В то же время он генерирует тангенциальный момент и осевую силу, вызывая тангенциальную вибрацию и осевую вибрацию.Во многих случаях, например, в асимметричных двигателях или однофазных двигателях, генерируемая тангенциальная вибрация очень велика, и легко вызвать резонанс компонентов, подключенных к двигателю, что приводит к излучаемому шуму.Чтобы рассчитать электромагнитный шум, а также проанализировать и контролировать эти шумы, необходимо знать их источник — силовую волну, генерирующую вибрацию и шум.По этой причине анализ электромагнитных силовых волн проводится посредством анализа магнитного поля воздушного зазора.Предполагая, что волна магнитной индукции, создаваемая статором, равна , а волна магнитной индукциипроизводимый ротором, то их сложную волну магнитной индукции в воздушном зазоре можно выразить следующим образом:
Такие факторы, как пазы статора и ротора, распределение обмотки, искажение формы входного тока, колебания проницаемости воздушного зазора, эксцентриситет ротора и тот же дисбаланс - все это может привести к механической деформации, а затем и вибрации. Пространственные гармоники, временные гармоники, щелевые гармоники, гармоники эксцентриситета и магнитное насыщение магнитодвижущей силы — все они генерируют высшие гармоники силы и крутящего момента. В частности, волна радиальной силы в двигателе переменного тока будет действовать одновременно на статор и ротор двигателя и вызывать искажения магнитной цепи.Конструкция корпуса статора и корпуса ротора является основным источником излучения шума двигателя.Если радиальная сила близка или равна собственной частоте системы статор-основание, возникнет резонанс, который вызовет деформацию системы статора двигателя и создаст вибрацию и акустический шум.В большинстве случаевмагнитострикционный шум, вызванный низкочастотной радиальной силой высокого порядка 2f, незначителен (f — основная частота двигателя, p — число пар полюсов двигателя). Однако радиальная сила, индуцированная магнитострикцией, может достигать примерно 50% радиальной силы, индуцированной магнитным полем воздушного зазора.Для двигателя, приводимого в действие инвертором, из-за существования высших временных гармоник в токе его обмоток статора временные гармоники будут генерировать дополнительный пульсирующий момент, который обычно превышает пульсирующий момент, создаваемый пространственными гармониками. большой.Кроме того, пульсации напряжения, генерируемые выпрямительным блоком, также передаются на инвертор через промежуточную цепь, в результате чего возникает другой вид пульсирующего крутящего момента.Что касается электромагнитного шума синхронного двигателя с постоянными магнитами, то основными факторами, вызывающими вибрацию и шум двигателя, являются сила Максвелла и магнитострикционная сила.
Характеристики вибрации статора двигателяЭлектромагнитный шум двигателя связан не только с частотой, порядком и амплитудой электромагнитной силовой волны, генерируемой магнитным полем воздушного зазора, но также связан с естественным режимом конструкции двигателя.Электромагнитный шум в основном создается вибрацией статора и корпуса двигателя.Следовательно, предварительное прогнозирование собственной частоты статора с помощью теоретических формул или моделирования, а также изменение частоты электромагнитной силы и собственной частоты статора является эффективным средством снижения электромагнитного шума.Когда частота волны радиальной силы двигателя равна или близка к собственной частоте статора определенного порядка, возникает резонанс.В это время, даже если амплитуда волны радиальной силы невелика, это вызовет сильную вибрацию статора, тем самым создавая сильный электромагнитный шум.Для шума двигателя наиболее важным является изучение собственных мод с радиальной вибрацией в качестве основной, осевой порядок равен нулю, а форма пространственной моды ниже шестого порядка, как показано на рисунке.
Форма вибрации статора
При анализе вибрационных характеристик двигателя из-за ограниченного влияния демпфирования на форму и частоту колебаний статора двигателя его можно не учитывать.Структурное демпфирование представляет собой снижение уровней вибрации вблизи резонансной частоты за счет применения механизма диссипации высокой энергии, как показано, и рассматривается только на резонансной частоте или вблизи нее.
демпфирующий эффект
После добавления обмоток к статору поверхность обмоток в пазе железного сердечника обрабатывается лаком, изоляционная бумага, лак и медный провод прикрепляются друг к другу, а изоляционная бумага в пазе также плотно прикрепляется к зубцам. железного ядра.Следовательно, пазовая обмотка вносит определенный вклад в жесткость железного сердечника и не может рассматриваться как дополнительная масса.При использовании метода конечных элементов для анализа необходимо получить параметры, характеризующие различные механические свойства в зависимости от материала обмоток в зубце.Во время реализации процесса постарайтесь обеспечить качество окунания краски, увеличить натяжение обмотки катушки, улучшить герметичность обмотки и железного сердечника, повысить жесткость конструкции двигателя, увеличить собственную частоту, чтобы избежать резонанс, уменьшить амплитуду вибрации и уменьшить электромагнитные волны. шум.Собственная частота статора после запрессовки в корпус отличается от таковой у одиночного сердечника статора. Корпус может значительно улучшить твердую частоту конструкции статора, особенно твердую частоту низкого порядка. Увеличение рабочих точек скорости вращения увеличивает сложность предотвращения резонанса в конструкции двигателя.При проектировании двигателя сложность конструкции корпуса должна быть сведена к минимуму, а собственная частота конструкции двигателя может быть увеличена за счет соответствующего увеличения толщины корпуса во избежание возникновения резонанса.Кроме того, очень важно разумно установить контактное соотношение между сердечником статора и корпусом при использовании метода конечных элементов.
Электромагнитный анализ двигателейМагнитная плотность, являющаяся важным показателем электромагнитной конструкции двигателя, обычно может отражать рабочее состояние двигателя.Поэтому мы сначала извлекаем и проверяем значение магнитной плотности, первое — проверить точность моделирования, а второе — обеспечить основу для последующего извлечения электромагнитной силы.Извлеченная диаграмма облака магнитной плотности двигателя показана на следующем рисунке.
На карте облаков видно, что магнитная плотность в положении магнитного изолирующего моста намного выше, чем точка перегиба кривой BH сердечника статора и ротора, что может обеспечить лучший эффект магнитной изоляции.
Кривая плотности потока в воздушном зазореИзвлеките магнитную плотность воздушного зазора двигателя и положения зуба, нарисуйте кривую, и вы сможете увидеть конкретные значения магнитной плотности воздушного зазора двигателя и магнитной плотности зуба. Магнитная плотность зуба находится на определенном расстоянии от точки перегиба материала, что, как предполагается, вызвано высокими потерями в железе, когда двигатель рассчитан на высокую скорость.
Моторный модальный анализНа основе модели и сетки конструкции двигателя определите материал, определите сердечник статора как конструкционную сталь, определите корпус как алюминиевый материал и проведите модальный анализ двигателя в целом.Общий режим работы двигателя получается, как показано на рисунке ниже.
форма моды первого порядка
форма моды второго порядка
форма моды третьего порядка
Анализ вибрации двигателяПроанализирован гармонический отклик двигателя, а результаты виброускорения на различных скоростях показаны на рисунке ниже.
Радиальное ускорение 1000 Гц
Радиальное ускорение 1500 Гц
Радиальное ускорение 2000 ГцВремя публикации: 13 июня 2022 г.