Studie om påverkan av stators elektromagnetiska kraft
Det elektromagnetiska bruset från statorn i motorn påverkas huvudsakligen av två faktorer, den elektromagnetiska excitationskraften och den strukturella responsen och akustisk strålning som orsakas av motsvarande excitationskraft. En genomgång av forskningen.
Professor ZQZhu från University of Sheffield, Storbritannien, etc. använde den analytiska metoden för att studera den elektromagnetiska kraften och bruset hos permanentmagnetmotorns stator, den teoretiska studien av den elektromagnetiska kraften hos den permanentmagnetborstlösa motorn och vibrationen hos permanentmagnetmotorn. magnet borstlös likströmsmotor med 10 poler och 9 spår. Bruset studeras, förhållandet mellan den elektromagnetiska kraften och statortandsbredden studeras teoretiskt och förhållandet mellan vridmomentrippeln och optimeringsresultaten av vibrationer och buller analyseras.Professor Tang Renyuan och Song Zhihuan från Shenyang University of Technology gav en komplett analysmetod för att studera den elektromagnetiska kraften och dess övertoner i permanentmagnetmotorn, vilket gav teoretiskt stöd för vidare forskning om brusteorin för permanentmagnetmotorn.Den elektromagnetiska vibrationsbruskällan analyseras runt den permanentmagnetiska synkronmotorn som drivs av sinusvågen och frekvensomvandlaren, den karakteristiska frekvensen för luftgapets magnetfält, den normala elektromagnetiska kraften och vibrationsbruset studeras och orsaken till vridmomentet rippel analyseras. Vridmomentpulseringen simulerades och verifierades experimentellt med hjälp av elementet, och vridmomentpulseringen under olika pass-pol-passningsförhållanden, såväl som effekterna av luftgapslängd, polbågskoefficient, avfasad vinkel och slitsbredd på vridmomentpulseringen analyserades .Modellen för elektromagnetisk radiell kraft och tangentiell kraft, och motsvarande modala simulering utförs, den elektromagnetiska kraften och vibrationsbrusresponsen analyseras i frekvensdomänen och den akustiska strålningsmodellen analyseras, och motsvarande simulering och experimentell forskning utförs. Det påpekas att huvudlägena för permanentmagnetmotorns stator visas i figuren.
Huvudläget för permanentmagnetmotor
Teknik för optimering av motorkroppsstrukturDet huvudsakliga magnetiska flödet i motorn går in i luftgapet väsentligen radiellt och genererar radiella krafter på statorn och rotorn, vilket orsakar elektromagnetiska vibrationer och buller.Samtidigt genererar den tangentiellt moment och axiell kraft, vilket orsakar tangentiell vibration och axiell vibration.I många tillfällen, såsom asymmetriska motorer eller enfasmotorer, är den genererade tangentiella vibrationen mycket stor, och det är lätt att orsaka resonans hos komponenter anslutna till motorn, vilket resulterar i utstrålat brus.För att beräkna elektromagnetiskt brus, och för att analysera och kontrollera dessa ljud, är det nödvändigt att känna till deras källa, vilket är kraftvågen som genererar vibrationer och buller.Av denna anledning utförs analysen av elektromagnetiska kraftvågor genom analys av luftgapets magnetfält.Om man antar att den magnetiska flödestäthetsvågen som produceras av statorn är , och den magnetiska flödestäthetsvågenproduceras av rotorn är, då kan deras sammansatta magnetiska flödestäthetsvåg i luftgapet uttryckas enligt följande:
Faktorer som stator- och rotorslitsning, lindningsfördelning, ingångsströmsvågformsdistorsion, luftgappermeansfluktuationer, rotorexcentricitet och samma obalans kan alla leda till mekanisk deformation och sedan vibration. Rymdens övertoner, tidsövertoner, slitsövertoner, excentricitetsövertoner och magnetisk mättnad av magnetomotorisk kraft genererar alla högre övertoner av kraft och vridmoment. Speciellt den radiella kraftvågen i AC-motorn, den kommer att verka på motorns stator och rotor samtidigt och producera magnetisk kretsförvrängning.Statorramen och rotorhusets struktur är den huvudsakliga strålningskällan för motorljud.Om den radiella kraften är nära eller lika med den naturliga frekvensen för stator-bassystemet, kommer resonans att uppstå, vilket kommer att orsaka deformation av motorns statorsystem och generera vibrationer och akustiskt brus.I de flesta fall,det magnetostriktiva bruset som orsakas av den lågfrekventa 2f, höggradiga radiella kraften är försumbar (f är motorns grundfrekvens, p är antalet motorpolpar). Den radiella kraften som induceras av magnetostriktion kan emellertid nå cirka 50 % av den radiella kraften som induceras av luftgapets magnetfält.För en motor som drivs av en växelriktare, på grund av förekomsten av övertoner av hög ordning i strömmen av dess statorlindningar, kommer tidsövertonerna att generera ytterligare pulserande vridmoment, vilket vanligtvis är större än det pulserande vridmomentet som genereras av rymdövertonerna. stor.Dessutom överförs även spänningsrippeln som genereras av likriktarenheten till växelriktaren genom mellankretsen, vilket resulterar i en annan typ av pulserande vridmoment.När det gäller det elektromagnetiska bruset från en permanentmagnetisk synkronmotor är Maxwell-kraft och magnetostriktiv kraft de viktigaste faktorerna som orsakar motorvibrationer och buller.
Motorstatorns vibrationsegenskaperMotorns elektromagnetiska brus är inte bara relaterat till frekvensen, ordningen och amplituden hos den elektromagnetiska kraftvågen som genereras av luftgapets magnetfält, utan också relaterat till motorstrukturens naturliga läge.Elektromagnetiskt brus genereras huvudsakligen av vibrationerna från motorns stator och hölje.Att förutsäga statorns naturliga frekvens genom teoretiska formler eller simuleringar i förväg, och fördelning av den elektromagnetiska kraftfrekvensen och statorns naturliga frekvens, är därför ett effektivt sätt att minska elektromagnetiskt brus.När frekvensen för motorns radiella kraftvåg är lika med eller nära den naturliga frekvensen för en viss ordning av statorn, kommer resonans att orsakas.Vid denna tidpunkt, även om amplituden för den radiella kraftvågen inte är stor, kommer den att orsaka en stor vibration av statorn och därigenom generera ett stort elektromagnetiskt brus.För motorljud är det viktigaste att studera de naturliga lägena med radiell vibration som huvud, den axiella ordningen är noll och den rumsliga lägesformen är under den sjätte ordningen, som visas i figuren.
Statorvibrationsform
När man analyserar motorns vibrationsegenskaper, på grund av dämpningens begränsade inverkan på motorstatorns form och frekvens, kan det ignoreras.Strukturell dämpning är minskningen av vibrationsnivåer nära resonansfrekvensen genom att applicera en högenergiavledningsmekanism, som visas, och betraktas endast vid eller nära resonansfrekvensen.
dämpande effekt
Efter att ha lagt till lindningar till statorn behandlas lindningarnas yta i järnkärnans spår med lack, isoleringspapperet, lacken och koppartråden är fästa vid varandra, och det isolerande papperet i spåret är också tätt fästa vid tänderna av järnkärnan.Därför har in-slitslindningen ett visst styvhetsbidrag till järnkärnan och kan inte behandlas som en extra massa.När finita elementmetoden används för analys är det nödvändigt att erhålla parametrar som kännetecknar olika mekaniska egenskaper enligt materialet i lindningarna i kuggningen.Under genomförandet av processen, försök att säkerställa kvaliteten på doppfärgen, öka spänningen i spollindningen, förbättra tätheten hos lindningen och järnkärnan, öka styvheten i motorstrukturen, öka den naturliga frekvensen för att undvika resonans, minska vibrationsamplituden och reducera elektromagnetiska vågor. buller.Statorns naturliga frekvens efter att ha pressats in i höljet skiljer sig från den för den enda statorkärnan. Höljet kan avsevärt förbättra statorstrukturens solida frekvens, särskilt den låga ordningens solida frekvensen. Ökningen av varvtalsdriftpunkter ökar svårigheten att undvika resonans i motorkonstruktionen.Vid design av motorn bör skalstrukturens komplexitet minimeras, och motorstrukturens naturliga frekvens kan ökas genom att på lämpligt sätt öka skalets tjocklek för att undvika uppkomsten av resonans.Dessutom är det mycket viktigt att rimligt ställa in kontaktförhållandet mellan statorkärnan och höljet när man använder finita elementuppskattning.
Elektromagnetisk analys av motorerSom en viktig indikator på motorns elektromagnetiska design kan den magnetiska densiteten vanligtvis återspegla motorns arbetstillstånd.Därför extraherar och kontrollerar vi först det magnetiska densitetsvärdet, det första är att verifiera simuleringens noggrannhet, och det andra är att ge en grund för den efterföljande utvinningen av elektromagnetisk kraft.Det extraherade molndiagrammet för motormagnetisk densitet visas i följande figur.
Det kan ses från molnkartan att den magnetiska densiteten vid positionen för den magnetiska isoleringsbryggan är mycket högre än böjningspunkten för BH-kurvan för statorn och rotorkärnan, vilket kan spela en bättre magnetisk isoleringseffekt.
LuftgapflödestäthetskurvaExtrahera de magnetiska densiteterna för motorluftgapet och tandpositionen, rita en kurva och du kan se de specifika värdena för motorluftgapets magnetiska densitet och tandmagnetiska densitet. Tandens magnetiska densitet är ett visst avstånd från materialets vändpunkt, vilket antas vara orsakat av den höga järnförlusten när motorn konstrueras med hög hastighet.
Motorisk modal analysBaserat på motorstrukturmodellen och rutnätet, definiera materialet, definiera statorkärnan som konstruktionsstål, och definiera höljet som aluminiummaterial, och utför modal analys på motorn som helhet.Motorns övergripande läge erhålls enligt bilden nedan.
form av första ordningens läge
andra ordningens lägesform
form av tredje ordningens läge
MotorvibrationsanalysMotorns övertonssvar analyseras, och resultaten av vibrationsacceleration vid olika hastigheter visas i figuren nedan.