永磁同步电动机振动与噪声特性研究

对于电动机振动与噪声的研究,起源于上世纪40年代。主要是针对感应电动机、同步电动机和直流电动机的振动与噪声特性而展开的研究。而稀土永磁同步电动机是新兴的一种高效特种电机,对其振动与噪声特性进行全面和深入的研究却相当少。永磁同步电动机振动与噪声一直是困扰人们的难题,严重时可成为直接决定到该产品能否稳定运行的关键因素和能否满足标准限值的瓶颈。因此,该项研究可解决产品设计中的该项关键技术,促进科技、经济和社会的发展,加速形成国民经济的新的增长点。 本文关于永磁同步电动机振动与噪声特性研究分以下几个方面: 首先计算永磁同步电动机各向异性支承有阻尼转子-轴承系统临界转速。计算中建立了加时间因子的传递矩阵并用双重步QR法进行求解。由于永磁同步电动机转子的涡动直接产生转子的动偏心,在气隙中产生不平衡磁拉力;该力又进一步影响电动机转子的临界转速,加大转子的动偏心。因此,永磁同步电动机转子-轴承系统临界转速计算是一个典型的机电耦合问题。 通过永磁同步电动机转子动偏心负载下的二维运动电磁场计算,表明气隙磁密波形与永磁体布置方式、电流的谐波、绕组的分布形式、定转子齿槽数量和形状及功率角直接相关。计算发现当转轴位置从空载的d轴随功率角和电流增大到负载的q轴时,气隙磁密波形逐渐从矩形变为接近正弦形。通过气隙径向电磁力的计算和谐波分析,用数值方法找到了产生径向电磁力谐波的规律。 电动机定子的模态分析是确定电动机定子在径向电磁力作用下是否发生共振的重要手段。用三维有限元法计算了11kW永磁同步电动机和9.5kW交流永磁电梯电动机定子的各阶模态。将径向电磁力作用于其模型,计算出所有点的位移、速度和加速度响应,为定子振动模态阶数与声辐射系数关系的研究及振动和噪声值的预估奠定了基础。 通过永磁同步电动机振动与噪声的实验研究,确定了动偏心存在的情况下,径向电磁力频率与电磁噪声频率的关系。从理论和实验上得出结论,在由脉宽调制控制的交流永磁电动机组成的系统中,逆变器开关频率是影响电动机噪声辐射的主要因素。