Vibrația și zgomotul motorului cu magnet permanenți |

Studiu asupra influenței forței electromagnetice a statorului

Zgomotul electromagnetic al statorului din motor este afectat în principal de doi factori, forța de excitație electromagnetică și răspunsul structural și radiația acustică cauzată de forța de excitație corespunzătoare.O revizuire a cercetării.

Profesorul ZQZhu de la Universitatea din Sheffield, Marea Britanie etc. a folosit metoda analitică pentru a studia forța electromagnetică și zgomotul statorului motorului cu magnet permanent, studiul teoretic al forței electromagnetice a motorului fără perii cu magnet permanent și vibrația motorului permanent. motor DC fără perii cu magnet cu 10 poli și 9 sloturi.Se studiază zgomotul, se studiază teoretic relația dintre forța electromagnetică și lățimea dintelui statorului și se analizează relația dintre ondulația cuplului și rezultatele optimizării vibrațiilor și zgomotului.

Profesorul Tang Renyuan și Song Zhihuan de la Universitatea de Tehnologie Shenyang au oferit o metodă analitică completă pentru a studia forța electromagnetică și armonicile acesteia în motorul cu magnet permanent, care a oferit sprijin teoretic pentru cercetările ulterioare privind teoria zgomotului motorului cu magnet permanent.Sursa de zgomot de vibrație electromagnetică este analizată în jurul motorului sincron cu magnet permanent alimentat de unda sinusoidală și convertizorul de frecvență, se studiază frecvența caracteristică a câmpului magnetic al spațiului de aer, forța electromagnetică normală și zgomotul de vibrație și motivul cuplului. ondulația este analizată.Pulsația cuplului a fost simulată și verificată experimental utilizând elementul și s-au analizat pulsația cuplului în diferite condiții de potrivire a fantei-pol, precum și efectele lungimii spațiului de aer, coeficientului arcului polilor, unghiului teșit și lățimii fantei asupra pulsației cuplului. .

Se efectuează modelul forței radiale electromagnetice și forței tangențiale și simularea modală corespunzătoare, se analizează forța electromagnetică și răspunsul la zgomot de vibrație în domeniul frecvenței și se analizează modelul radiației acustice și se efectuează simularea și cercetarea experimentală corespunzătoare.Se subliniază că principalele moduri ale statorului motorului cu magnet permanent sunt prezentate în figură.

Imagine

Modul principal al motorului cu magnet permanent

Tehnologia de optimizare a structurii caroseriei motorului

Fluxul magnetic principal din motor intră în întrefier în mod substanțial radial și generează forțe radiale asupra statorului și rotorului, provocând vibrații electromagnetice și zgomot.În același timp, generează moment tangențial și forță axială, provocând vibrații tangențiale și vibrații axiale.În multe ocazii, cum ar fi motoarele asimetrice sau motoarele monofazate, vibrația tangențială generată este foarte mare și este ușor să provoace rezonanță a componentelor conectate la motor, rezultând zgomot radiat.Pentru a calcula zgomotul electromagnetic, și pentru a analiza și controla aceste zgomote, este necesar să se cunoască sursa lor, care este unda de forță care generează vibrația și zgomotul.Din acest motiv, analiza undelor de forță electromagnetică se efectuează prin analiza câmpului magnetic al spațiului de aer.

Presupunând că unda de densitate a fluxului magnetic produsă de stator este , iar unda de densitate a fluxului magnetic Imagine

produs de rotor este Imagine

, atunci unda lor compozită de densitate a fluxului magnetic în spațiul de aer poate fi exprimată după cum urmează:

Factori precum crestarea statorului și rotorului, distribuția înfășurării, distorsiunea formei de undă a curentului de intrare, fluctuația permenței spațiului de aer, excentricitatea rotorului și același dezechilibru pot duce la deformare mecanică și apoi la vibrație.Armonicele spațiale, armonicile de timp, armonicile de slot, armonicile de excentricitate și saturația magnetică a forței magnetomotoare generează toate armonici mai mari de forță și cuplu.În special unda de forță radială din motorul de curent alternativ, va acționa asupra statorului și rotorului motorului în același timp și va produce distorsiuni ale circuitului magnetic.

Structura statorului-cadru și rotorul-carcasa este principala sursă de radiație a zgomotului motorului.Dacă forța radială este apropiată sau egală cu frecvența naturală a sistemului stator-bază, va apărea rezonanță, care va provoca deformarea sistemului stator al motorului și va genera vibrații și zgomot acustic.

În cele mai multe cazuri, Imagine

zgomotul magnetostrictiv cauzat de forța radială de ordin înalt de joasă frecvență 2f este neglijabil (f este frecvența fundamentală a motorului, p este numărul de perechi de poli ai motorului).Cu toate acestea, forța radială indusă de magnetostricție poate ajunge la aproximativ 50% din forța radială indusă de câmpul magnetic al spațiului de aer.

Pentru un motor antrenat de un invertor, datorită existenței armonicilor de timp de ordin înalt în curentul înfășurărilor sale statorice, armonicile de timp vor genera un cuplu pulsatoriu suplimentar, care este de obicei mai mare decât cuplul pulsatoriu generat de armonicile spațiale.mare.În plus, ondulația de tensiune generată de unitatea redresor este transmisă și către invertor prin circuitul intermediar, rezultând un alt tip de cuplu pulsatoriu.

În ceea ce privește zgomotul electromagnetic al motorului sincron cu magnet permanent, forța Maxwell și forța magnetostrictivă sunt principalii factori care cauzează vibrația și zgomotul motorului.

Caracteristicile de vibrație a statorului motorului

Zgomotul electromagnetic al motorului nu este legat doar de frecvența, ordinea și amplitudinea undei de forță electromagnetică generată de câmpul magnetic al spațiului de aer, ci și de modul natural al structurii motorului.Zgomotul electromagnetic este generat în principal de vibrația statorului și a carcasei motorului.Prin urmare, prezicerea frecvenței naturale a statorului prin formule teoretice sau simulări în avans și eșalonarea frecvenței forței electromagnetice și a frecvenței naturale a statorului este un mijloc eficient de reducere a zgomotului electromagnetic.

Când frecvența undei de forță radială a motorului este egală sau apropiată de frecvența naturală a unui anumit ordin al statorului, se va produce rezonanță.În acest moment, chiar dacă amplitudinea undei de forță radială nu este mare, va provoca o vibrație mare a statorului, generând astfel un zgomot electromagnetic mare.Pentru zgomotul motorului, cel mai important lucru este să studiezi modurile naturale cu vibrația radială ca principală, ordinea axială este zero, iar forma modului spațial este sub ordinul al șaselea, așa cum se arată în figură.

Imagine

Forma de vibrație a statorului

La analizarea caracteristicilor de vibrație ale motorului, din cauza influenței limitate a amortizarii asupra formei modului și frecvenței statorului motorului, aceasta poate fi ignorată.Amortizarea structurală este reducerea nivelurilor de vibrație în apropierea frecvenței de rezonanță prin aplicarea unui mecanism de disipare a energiei ridicate, așa cum se arată, și este luată în considerare doar la sau aproape de frecvența de rezonanță.

Imagine

efect de amortizare

După adăugarea înfășurărilor la stator, suprafața înfășurărilor din fanta miezului de fier este tratată cu lac, hârtia izolatoare, lacul și firul de cupru sunt atașate între ele, iar hârtia izolatoare din fantă este, de asemenea, strâns atașată de dinți. a miezului de fier.Prin urmare, înfășurarea în fantă are o anumită contribuție de rigiditate la miezul de fier și nu poate fi tratată ca o masă suplimentară.Atunci când pentru analiză se utilizează metoda elementelor finite, este necesar să se obțină parametri care să caracterizeze diferite proprietăți mecanice în funcție de materialul înfășurărilor din dințare.În timpul implementării procesului, încercați să asigurați calitatea vopselei de scufundare, creșteți tensiunea înfășurării bobinei, îmbunătățiți etanșeitatea înfășurării și a miezului de fier, creșteți rigiditatea structurii motorului, creșteți frecvența naturală pentru a evita rezonanță, reduce amplitudinea vibrației și reduce undele electromagnetice.zgomot.

Frecvența naturală a statorului după ce a fost presat în carcasă este diferită de cea a miezului unic al statorului.Carcasa poate îmbunătăți semnificativ frecvența solidă a structurii statorului, în special frecvența solidă de ordin scăzut.Creșterea punctelor de funcționare a vitezei de rotație crește dificultatea de a evita rezonanța în proiectarea motorului.La proiectarea motorului, complexitatea structurii carcasei trebuie redusă la minimum, iar frecvența naturală a structurii motorului poate fi crescută prin creșterea adecvată a grosimii carcasei pentru a evita apariția rezonanței.În plus, este foarte important să se stabilească în mod rezonabil relația de contact dintre miezul statorului și carcasă atunci când se utilizează estimarea cu elemente finite.

Analiza electromagnetică a motoarelor

Ca un indicator important al designului electromagnetic al motorului, densitatea magnetică poate reflecta de obicei starea de funcționare a motorului.Prin urmare, extragem și verificăm mai întâi valoarea densității magnetice, primul este de a verifica acuratețea simulării, iar al doilea este de a oferi o bază pentru extracția ulterioară a forței electromagnetice.Diagrama norului de densitate magnetică a motorului extras este prezentată în figura următoare.

Imagine

Din harta norilor se poate observa că densitatea magnetică la poziția podului de izolare magnetică este mult mai mare decât punctul de inflexiune al curbei BH a miezului statorului și rotorului, ceea ce poate avea un efect de izolare magnetică mai bun.

Imagine

Curba de densitate a fluxului de aer

Extrageți densitățile magnetice ale spațiului de aer motor și ale poziției dintelui, trageți o curbă și puteți vedea valorile specifice ale densității magnetice ale spațiului de aer al motorului și ale densității magnetice ale dintelui.Densitatea magnetică a dintelui este o anumită distanță de punctul de inflexiune al materialului, care se presupune că este cauzată de pierderea mare de fier atunci când motorul este proiectat la viteză mare.

Analiza modală motrică

Pe baza modelului structurii motorului și a rețelei, definiți materialul, definiți miezul statorului ca oțel structural și definiți carcasa ca material de aluminiu și efectuați o analiză modală asupra motorului în ansamblu.Modul general al motorului este obținut așa cum se arată în figura de mai jos.

Imagine