Вібрація і шум двигуна з постійними магнітами |

Дослідження впливу електромагнітної сили статора

На електромагнітний шум статора в двигуні в основному впливають два фактори: сила електромагнітного збудження та структурна реакція та акустичне випромінювання, викликане відповідною силою збудження. Огляд дослідження.

Професор ZQZhu з Університету Шеффілда, Великобританія, тощо використовував аналітичний метод для дослідження електромагнітної сили та шуму статора двигуна з постійним магнітом, теоретичне дослідження електромагнітної сили безщіткового двигуна з постійним магнітом та вібрації постійного магніту. магнітний безщітковий двигун постійного струму з 10 полюсами та 9 слотами. Досліджено шум, теоретично вивчено зв’язок між електромагнітною силою та шириною зуба статора, а також проаналізовано зв’язок між пульсаціями крутного моменту та результатами оптимізації вібрації та шуму.

Професор Tang Renyuan і Song Zhihuan з Шеньянського технологічного університету надали повний аналітичний метод дослідження електромагнітної сили та її гармонік у двигуні з постійними магнітами, що забезпечило теоретичну підтримку для подальших досліджень теорії шуму двигуна з постійними магнітами.Джерело шуму електромагнітної вібрації аналізується навколо синхронного двигуна з постійним магнітом, що живиться від синусоїдальної хвилі та перетворювача частоти, вивчається характерна частота магнітного поля повітряного зазору, нормальна електромагнітна сила та шум вібрації, а також причина крутного моменту. аналізується пульсація. Пульсацію крутного моменту було змодельовано та перевірено експериментально за допомогою елемента, і пульсацію крутного моменту за різних умов підгонки щілини, а також вплив довжини повітряного зазору, коефіцієнта полюсної дуги, кута скосу та ширини щілини на пульсацію крутного моменту було проаналізовано. .

Виконується модель електромагнітної радіальної сили та тангенціальної сили та відповідне модальне моделювання, електромагнітна сила та відповідь на шум вібрації аналізуються в частотній області та аналізується модель акустичного випромінювання, а також проводяться відповідне моделювання та експериментальні дослідження. Зазначено, що основні режими статора двигуна з постійними магнітами наведені на малюнку.

Зображення

Основний режим двигуна з постійними магнітами

Технологія оптимізації будови моторного тіла

Основний магнітний потік у двигуні входить у повітряний зазор переважно радіально та створює радіальні сили на статорі та роторі, викликаючи електромагнітну вібрацію та шум.У той же час він створює тангенціальний момент і осьову силу, викликаючи тангенціальну вібрацію та осьову вібрацію.У багатьох випадках, наприклад, в асиметричних двигунах або однофазних двигунах, генерована тангенціальна вібрація дуже велика, і легко викликати резонанс компонентів, підключених до двигуна, що призводить до випромінюваного шуму.Щоб розрахувати електромагнітний шум, а також аналізувати та контролювати ці шуми, необхідно знати їх джерело, яким є силова хвиля, яка породжує вібрацію та шум.З цієї причини аналіз хвиль електромагнітної сили виконується через аналіз магнітного поля повітряного проміжку.

Припускаючи, що хвиля щільності магнітного потоку, створена статором, дорівнює , а хвиля щільності магнітного потоку Зображення

вироблений ротором є Зображення

, то їх складена хвиля щільності магнітного потоку в повітряному проміжку може бути виражена таким чином:

Такі фактори, як прорізи статора та ротора, розподіл обмоток, спотворення форми сигналу вхідного струму, коливання проникності повітряного зазору, ексцентриситет ротора та той самий дисбаланс можуть призвести до механічної деформації, а потім до вібрації. Гармоніки простору, гармоніки часу, гармоніки щілини, гармоніки ексцентриситету та магнітне насичення магніторушійної сили створюють вищі гармоніки сили та крутного моменту. Особливо радіальна силова хвиля в двигуні змінного струму, вона буде діяти на статор і ротор двигуна одночасно і викликати спотворення магнітного кола.

Конструкція статор-каркас і ротор-корпус є основним джерелом випромінювання шуму двигуна.Якщо радіальна сила близька або дорівнює власній частоті системи статор-основа, виникне резонанс, який спричинить деформацію системи статора двигуна та створить вібрацію та акустичний шум.

У більшості випадків Зображення

магнітострикційний шум, спричинений низькочастотною радіальною силою високого порядку 2f, є незначним (f — основна частота двигуна, p — кількість пар полюсів двигуна). Однак радіальна сила, викликана магнітострикцією, може досягати приблизно 50% радіальної сили, викликаної магнітним полем повітряного проміжку.

Для двигуна, що приводиться в дію інвертором, через існування гармонік часу високого порядку в струмі його обмоток статора, гармоніки часу генеруватимуть додатковий пульсуючий крутний момент, який зазвичай більший, ніж пульсуючий крутний момент, створений просторовими гармоніками. великий.Крім того, пульсації напруги, створювані блоком випрямляча, також передаються на інвертор через проміжний ланцюг, що призводить до іншого виду пульсуючого моменту.

Що стосується електромагнітного шуму синхронного двигуна з постійним магнітом, сила Максвелла та магнітострикційна сила є основними факторами, що викликають вібрацію та шум двигуна.

Вібраційні характеристики статора двигуна

Електромагнітний шум двигуна пов'язаний не тільки з частотою, порядком і амплітудою хвилі електромагнітної сили, створеної магнітним полем повітряного зазору, але також пов'язаний з природним режимом конструкції двигуна.Електромагнітний шум в основному створюється вібрацією статора двигуна та корпусу.Таким чином, прогнозування власної частоти статора за допомогою теоретичних формул або симуляцій заздалегідь, а також розподіл частоти електромагнітної сили та власної частоти статора є ефективним засобом зменшення електромагнітного шуму.

Коли частота хвилі радіальної сили двигуна дорівнює або наближається до власної частоти певного порядку статора, виникає резонанс.У цей час, навіть якщо амплітуда хвилі радіальної сили невелика, це спричинить сильну вібрацію статора, створюючи тим самим сильний електромагнітний шум.Для шуму двигуна найважливішим є вивчення природних мод з радіальною вібрацією як основною, осьовий порядок дорівнює нулю, а форма просторової моди нижче шостого порядку, як показано на малюнку.

Зображення

Форма вібрації статора

При аналізі вібраційних характеристик двигуна, через обмежений вплив демпфування на форму режиму і частоту статора двигуна, ним можна знехтувати.Структурне демпфування – це зменшення рівнів вібрації поблизу резонансної частоти шляхом застосування механізму розсіювання високої енергії, як показано, і розглядається лише на резонансній частоті або поблизу неї.

Зображення

демпфуючий ефект

Після додавання обмоток до статора поверхня обмоток у гнізді залізного сердечника обробляється лаком, ізоляційний папір, лак і мідний дріт прикріплюються один до одного, а ізоляційний папір у гнізді також щільно прилягає до зубців залізного ядра.Таким чином, обмотка в щілині має певний внесок у жорсткість залізного сердечника і не може розглядатися як додаткова маса.Коли для аналізу використовується метод скінченних елементів, необхідно отримати параметри, які характеризують різні механічні властивості відповідно до матеріалу обмоток у зубчастій частині.Під час виконання процесу намагайтеся забезпечити якість фарби для занурення, збільшити натяг обмотки котушки, покращити герметичність обмотки та залізного сердечника, підвищити жорсткість конструкції двигуна, збільшити власну частоту, щоб уникнути резонансу, зменшують амплітуду вібрації та зменшують електромагнітні хвилі. шум.

Власна частота статора після запресовування в корпус відрізняється від частоти одного сердечника статора. Корпус може значно покращити суцільну частоту структури статора, особливо суцільну частоту низького порядку. Збільшення робочих точок швидкості обертання збільшує складність уникнення резонансу в конструкції двигуна.При проектуванні двигуна слід звести до мінімуму складність конструкції корпусу, а власну частоту конструкції двигуна можна збільшити шляхом відповідного збільшення товщини корпусу, щоб уникнути виникнення резонансу.Крім того, дуже важливо розумно встановити контактний зв’язок між сердечником статора та корпусом під час використання оцінки кінцевих елементів.

Електромагнітний аналіз двигунів

Будучи важливим показником електромагнітної конструкції двигуна, магнітна щільність зазвичай може відображати робочий стан двигуна.Отже, ми спочатку витягуємо та перевіряємо значення магнітної щільності, перше, щоб перевірити точність моделювання, а друге, щоб забезпечити основу для подальшого вилучення електромагнітної сили.Діаграма хмари магнітної щільності вилученого двигуна показана на наступному малюнку.

Зображення

На карті хмари видно, що магнітна щільність у місці магнітної ізоляції містка набагато вища за точку перегину кривої BH сердечника статора та ротора, що може мати кращий ефект магнітної ізоляції.

Зображення

Крива густини потоку повітряного проміжку

Витягніть магнітну щільність повітряного зазору двигуна та положення зуба, намалюйте криву, і ви побачите конкретні значення магнітної щільності повітряного зазору двигуна та магнітної щільності зуба. Магнітна щільність зуба - це певна відстань від точки перегину матеріалу, яка, як припускають, спричинена великими втратами заліза, коли двигун розроблено на високій швидкості.

Моторний модальний аналіз

На основі моделі конструкції двигуна та сітки визначте матеріал, визначте сердечник статора як конструкційну сталь, а корпус – як алюмінієвий матеріал, і проведіть модальний аналіз двигуна в цілому.Загальний режим двигуна отримується, як показано на малюнку нижче.

Зображення