Tiếng ồn điện từ của stato trong động cơ chủ yếu bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố là lực kích thích điện từ và phản ứng cấu trúc và bức xạ âm do lực kích thích tương ứng gây ra. Một đánh giá của nghiên cứu.
Giáo sư ZQZhu đến từ Đại học Sheffield, Vương quốc Anh, v.v. đã sử dụng phương pháp phân tích để nghiên cứu lực điện từ và tiếng ồn của stato động cơ nam châm vĩnh cửu, nghiên cứu lý thuyết về lực điện từ của động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu và dao động của động cơ nam châm vĩnh cửu Động cơ DC không chổi than nam châm có 10 cực và 9 khe cắm. Tiếng ồn được nghiên cứu, mối quan hệ giữa lực điện từ và chiều rộng răng stato được nghiên cứu về mặt lý thuyết và mối quan hệ giữa gợn sóng mô-men xoắn và kết quả tối ưu hóa của độ rung và tiếng ồn được phân tích.Giáo sư Tang Renyuan và Song Zhihuan từ Đại học Công nghệ Thẩm Dương đã cung cấp một phương pháp phân tích hoàn chỉnh để nghiên cứu lực điện từ và các sóng hài của nó trong động cơ nam châm vĩnh cửu, hỗ trợ về mặt lý thuyết cho nghiên cứu sâu hơn về lý thuyết tiếng ồn của động cơ nam châm vĩnh cửu.Nguồn nhiễu rung điện từ được phân tích xung quanh động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cung cấp bởi sóng hình sin và bộ biến tần, tần số đặc trưng của từ trường khe hở không khí, lực điện từ thông thường và nhiễu rung được nghiên cứu và nguyên nhân của mô-men xoắn gợn sóng được phân tích. Xung mô-men xoắn được mô phỏng và xác minh bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng Element và xung mô-men xoắn trong các điều kiện lắp cực rãnh khác nhau cũng như ảnh hưởng của chiều dài khe hở không khí, hệ số hồ quang cực, góc vát và chiều rộng khe lên xung mô-men xoắn đã được phân tích. .Mô hình lực hướng tâm điện từ và lực tiếp tuyến và mô phỏng phương thức tương ứng được thực hiện, lực điện từ và phản ứng nhiễu rung được phân tích trong miền tần số và mô hình bức xạ âm được phân tích, đồng thời thực hiện nghiên cứu thử nghiệm và mô phỏng tương ứng. Người ta chỉ ra rằng các chế độ chính của stato động cơ nam châm vĩnh cửu được thể hiện trong hình.
Chế độ chính của động cơ nam châm vĩnh cửu
Công nghệ tối ưu hóa cấu trúc thân động cơTừ thông chính trong động cơ đi vào khe hở không khí một cách triệt để và tạo ra lực hướng tâm lên stato và rôto, gây ra rung động điện từ và tiếng ồn.Đồng thời, nó tạo ra mômen tiếp tuyến và lực dọc trục, gây ra dao động tiếp tuyến và dao động dọc trục.Trong nhiều trường hợp, chẳng hạn như động cơ không đối xứng hoặc động cơ một pha, độ rung tiếp tuyến được tạo ra rất lớn và dễ gây ra sự cộng hưởng của các bộ phận kết nối với động cơ, dẫn đến tiếng ồn bức xạ.Để tính toán nhiễu điện từ, phân tích và kiểm soát những tiếng ồn này, cần phải biết nguồn gốc của chúng, đó là sóng lực tạo ra rung động và tiếng ồn.Vì lý do này, việc phân tích sóng lực điện từ được thực hiện thông qua phân tích từ trường khe hở không khí.Giả sử rằng sóng mật độ từ thông do stato tạo ra là , và sóng mật độ từ thôngdo rôto tạo ra là, thì sóng mật độ từ thông tổng hợp của chúng trong khe không khí có thể được biểu thị như sau:
Các yếu tố như rãnh stato và rôto, phân bố cuộn dây, biến dạng dạng sóng dòng điện đầu vào, dao động độ thẩm thấu khe hở không khí, độ lệch tâm rôto và sự mất cân bằng tương tự đều có thể dẫn đến biến dạng cơ học và sau đó là rung động. Các sóng hài không gian, sóng hài thời gian, sóng hài khe, sóng hài lệch tâm và độ bão hòa từ của lực từ đều tạo ra các sóng hài cao hơn của lực và mô men xoắn. Đặc biệt là sóng lực hướng tâm trong động cơ điện xoay chiều sẽ tác động đồng thời lên stato và rôto của động cơ và tạo ra hiện tượng méo mạch điện từ.Cấu trúc khung stato và vỏ rôto là nguồn bức xạ chính gây ra tiếng ồn động cơ.Nếu lực hướng tâm gần hoặc bằng tần số riêng của hệ thống đế stato sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, làm biến dạng hệ thống stato của động cơ và tạo ra rung động và tiếng ồn.Trong hầu hết các trường hợp,nhiễu từ giảo do lực hướng tâm bậc cao 2f tần số thấp gây ra là không đáng kể (f là tần số cơ bản của động cơ, p là số cặp cực của động cơ). Tuy nhiên, lực hướng tâm gây ra bởi từ giảo có thể đạt tới khoảng 50% lực hướng tâm gây ra bởi từ trường khe hở không khí.Đối với động cơ được dẫn động bởi bộ biến tần, do sự tồn tại của các sóng hài thời gian bậc cao trong dòng điện của cuộn dây stato của nó, các sóng hài thời gian sẽ tạo ra mômen dao động bổ sung, thường lớn hơn mômen dao động do sóng hài không gian tạo ra. to lớn.Ngoài ra, gợn sóng điện áp do bộ chỉnh lưu tạo ra cũng được truyền đến biến tần thông qua mạch trung gian, tạo ra một loại mômen dao động khác.Liên quan đến tiếng ồn điện từ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, lực Maxwell và lực từ giảo là những yếu tố chính gây ra rung động và tiếng ồn cho động cơ.
Đặc tính rung của động cơ statoTiếng ồn điện từ của động cơ không chỉ liên quan đến tần số, thứ tự và biên độ của sóng lực điện từ do từ trường khe hở không khí tạo ra mà còn liên quan đến chế độ tự nhiên của cấu trúc động cơ.Nhiễu điện từ chủ yếu được tạo ra do sự rung động của stato và vỏ động cơ.Do đó, việc dự đoán trước tần số riêng của stato thông qua các công thức lý thuyết hoặc mô phỏng và thay đổi tần số lực điện từ và tần số riêng của stato là một phương pháp hiệu quả để giảm nhiễu điện từ.Khi tần số của sóng lực hướng tâm của động cơ bằng hoặc gần với tần số tự nhiên của một bậc nhất định của stato sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng.Lúc này, dù biên độ của sóng lực hướng tâm không lớn cũng sẽ gây ra rung động lớn cho stato, từ đó tạo ra nhiễu điện từ lớn.Đối với tiếng ồn của động cơ, điều quan trọng nhất là nghiên cứu các chế độ tự nhiên với rung động hướng tâm là chính, bậc trục bằng 0 và hình dạng chế độ không gian nằm dưới bậc sáu, như trong hình.
Dạng rung Stator
Khi phân tích đặc tính rung động của động cơ, do ảnh hưởng hạn chế của giảm chấn đến hình dạng chế độ và tần số của stato động cơ nên có thể bỏ qua.Giảm chấn kết cấu là việc giảm mức độ rung gần tần số cộng hưởng bằng cách áp dụng cơ chế tiêu tán năng lượng cao, như được minh họa, và chỉ được xem xét ở hoặc gần tần số cộng hưởng.
tác dụng giảm chấn
Sau khi thêm các cuộn dây vào stato, bề mặt các cuộn dây trong rãnh lõi sắt được xử lý bằng vecni, giấy cách điện, vecni và dây đồng được dán vào nhau, giấy cách điện trong rãnh cũng được dán chặt vào các răng. của lõi sắt.Do đó, cuộn dây trong rãnh có đóng góp độ cứng nhất định cho lõi sắt và không thể coi như một khối lượng bổ sung.Khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích, cần thu được các thông số mô tả các tính chất cơ học khác nhau tùy theo vật liệu của cuộn dây trong bánh răng.Trong quá trình thực hiện phải cố gắng đảm bảo chất lượng sơn nhúng, tăng độ căng của cuộn dây, cải thiện độ kín của cuộn dây và lõi sắt, tăng độ cứng của kết cấu động cơ, tăng tần số tự nhiên để tránh cộng hưởng, giảm biên độ dao động và giảm sóng điện từ. tiếng ồn.Tần số tự nhiên của stato sau khi được ép vào vỏ khác với tần số riêng của lõi stato. Vỏ có thể cải thiện đáng kể tần số rắn của cấu trúc stato, đặc biệt là tần số rắn bậc thấp. Việc tăng các điểm vận hành tốc độ quay làm tăng khó khăn trong việc tránh hiện tượng cộng hưởng trong thiết kế động cơ.Khi thiết kế động cơ, cần giảm thiểu độ phức tạp của cấu trúc vỏ và có thể tăng tần số tự nhiên của cấu trúc động cơ bằng cách tăng độ dày của vỏ một cách thích hợp để tránh xảy ra cộng hưởng.Ngoài ra, việc thiết lập hợp lý mối quan hệ tiếp xúc giữa lõi stato và vỏ khi sử dụng ước lượng phần tử hữu hạn là rất quan trọng.
Phân tích điện từ của động cơLà một chỉ số quan trọng của thiết kế điện từ của động cơ, mật độ từ tính thường có thể phản ánh trạng thái làm việc của động cơ.Do đó, trước tiên chúng tôi trích xuất và kiểm tra giá trị mật độ từ, thứ nhất là để xác minh tính chính xác của mô phỏng và thứ hai là cung cấp cơ sở cho việc trích xuất lực điện từ tiếp theo.Sơ đồ đám mây mật độ từ tính của động cơ được trích xuất được hiển thị trong hình dưới đây.
Từ bản đồ đám mây có thể thấy mật độ từ tại vị trí cầu cách ly từ cao hơn nhiều so với điểm uốn của đường cong BH của lõi stato và rôto, có thể phát huy tác dụng cách ly từ tốt hơn.
Đường cong mật độ thông lượng khe hở không khíTrích xuất mật độ từ của khe hở không khí động cơ và vị trí răng, vẽ một đường cong và bạn có thể thấy các giá trị cụ thể của mật độ từ khe hở không khí động cơ và mật độ từ răng. Mật độ từ của răng là một khoảng cách nhất định tính từ điểm uốn của vật liệu, được cho là do tổn thất sắt cao khi động cơ được thiết kế ở tốc độ cao.
Phân tích phương thức động cơDựa trên mô hình cấu trúc và lưới điện của động cơ, xác định vật liệu, xác định lõi stato là thép kết cấu và xác định vỏ là vật liệu nhôm, đồng thời tiến hành phân tích phương thức trên toàn bộ động cơ.Chế độ tổng thể của động cơ thu được như trong hình bên dưới.
hình dạng chế độ bậc nhất
hình dạng chế độ bậc hai
hình dạng chế độ bậc ba
Phân tích độ rung động cơPhản ứng hài hòa của động cơ được phân tích và kết quả tăng tốc rung ở các tốc độ khác nhau được thể hiện trong hình bên dưới.
Gia tốc hướng tâm 1000Hz
Gia tốc hướng tâm 1500Hz
Gia tốc hướng tâm 2000HzThời gian đăng: 13-06-2022