考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的 感应电机铁心电磁应力分析

感应电机铁心电磁应力主要来源于硅钢片的磁致伸缩以及定转子间麦克斯韦电磁应力,在正弦及谐波激励下,硅钢片均具有较强的磁各向异性。因此,为了准确计算电机铁心电磁应力,在该文首先对无取向硅钢片在正弦及谐波激励下的磁化和磁致伸缩特性曲线进行测试;然后,建立考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的感应电机电磁-机械耦合振动模型,并计算电机铁心电磁应力分布;最后,通过对比有无考虑磁各向异性的电机模型计算结果,分析电机铁心的应力分布的各向异性,同时,计算了5次谐波和7次谐波注入下电机定子铁心电磁应力曲线及频谱,发现在100 Hz和200 Hz频率时,谐波对应力幅值的影响较大。     

磁致伸缩效应对感应电机振动影响的研究

硅钢片磁致伸缩效应是引起感应电机振动的原因之一。基于虚功原理和有限元法,建立了考虑磁致伸缩效应和磁各向异性的感应电机磁-机械耦合数值模型,根据所建立模型计算了电机空载运行时定子铁心变形、应力和振动加速度随时间的分布。为比较磁致伸缩效应与径向电磁激振力效应对电机振动的影响,分别计算了单独考虑磁致伸缩、单独考虑电磁力以及两者共同作用时的振动加速度,结果表明磁致伸缩效应对电机振动影响显著。为了验证模型,对感应电机振动进行了实验研究,发现同时考虑磁致伸缩效应和电磁力作用时的振动加速度理论计算值更贴近实验测量值,从而验证了模型的正确性,为在设计阶段计算感应电机振动大小及分布,为寻求新的减振措施提供了理论依据和计算方法。     

负磁致伸缩材料对电机振动噪声抑制的分析

针对硅钢片磁致伸缩效应造成电机振动噪声问题,研究在电机定子硅钢片上打孔并填充负磁致伸缩材料来减小电机振动噪声。建立电磁-机械耦合数值模型,用有限元方法计算并分析了由磁致伸缩效应引起定子结构的振动,得到在电机定子铁心的齿根和齿尖处的振动较大;选择在应力集中的地方打孔,分别计算了填充负磁致伸缩材料Ni和SmFe_2时的应力和振动情况,计算结果显示电机定子应力和振动减小。     

非晶合金电机振动噪声影响因素的研究

磁致伸缩和叠压影响是引起非晶合金变压器振动噪声的主要原因,而在硅钢片电机的振动噪声计算中这两种因素经常被忽略。为此本文对非晶合金电机振动噪声影响因素进行了深入研究。首先,基于压磁方程建立了磁—机械耦合数学模型。以一台2.1k W非晶合金永磁电机为例,考虑磁致伸缩和叠压影响,应用二维有限元计算了该电机在不同供电条件下的磁场分布、形变和振动加速度。在此基础上分析了定子铁心周围声场分布,通过实验验证了计算方法的有效性。之后,通过电磁力、磁致伸缩和叠压三种影响因素对硅钢片电机和非晶合金电机振动噪声影响的研究发现:磁致伸缩对硅钢片电机的振动噪声影响较小;磁致伸缩和叠压影响对非晶合金电机振动噪声影响较大,在计算非晶合金电机振动噪声时磁致伸缩和叠压影响不能被忽略。     

谐波磁场下硅钢片磁致伸缩特性分析

非线性负荷接入电网会导致变压器和电机铁心磁场含有谐波,谐波的存在加剧了铁心的振动噪声。鉴于目前谐波磁场对硅钢片磁致伸缩特性影响的基础研究还比较缺乏,本文利用一台精度为10nm/m的单片电工钢片磁致伸缩测量装置,通过控制励磁磁场中三次谐波的幅值和相位,测量了无取向电工钢片的磁致伸缩波形曲线,讨论了磁场谐波成分的增加对磁致伸缩四次和六次谐波的影响。在此基础上,通过A计权特性计算了谐波磁场下磁致伸缩引起的电工钢片噪声分贝值,给出了描述谐波磁场与磁致伸缩及其对应噪声分贝值关系的二维曲面。最后,提出采用磁弹性间接耦合方法仿真分析了一台永磁同步电机铁心的磁致伸缩形变及其对应的噪声分布。所得测量数据及仿真结果可为准确分析电机铁心磁致伸缩引起的振动噪声提供参考。     

考虑铁心磁致伸缩与绕组受力的高压并联电抗器振动研究

铁心磁致伸缩效应与绕组受力是高压并联电抗器振动的主要原因。基于晶粒取向型硅钢片的磁致伸缩产生机理,将铁心磁致伸缩本质模型及Jiles磁致伸缩模型与实验数据进行对比分析,结果表明本质计算模型能准确地模拟硅钢片的磁致伸缩应变。在确定磁致伸缩本质计算模型有效性的基础上,用多物理场仿真软件COMSOL建立了一台额定电压为10.5 kV、容量为30 000 kvar高压并联电抗器本体结构的振动计算模型。从磁-机械场耦合的角度分析高压并联电抗器铁心振动与绕组受力特性,结果表明绕组受力很大,引起的振动不容忽略。同时研究了具有不同杨氏模量的气隙垫块对并联电抗器铁心振动的影响,杨氏模量越大的气隙垫块对高压并联电抗器的振动抑制效果越好。     

考虑磁致伸缩效应的电机应力数值仿真与实验

电机振动噪声的来源之一是电机定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先建立电磁-机械耦合数值模型,并在有限元分析软件中进行计算,研究磁致伸缩力单独作用与电磁力单独作用对电机定子硅钢片的影响。数值仿真结果表明:电机定子结构中磁致伸缩力为主要应力来源,定子铁心硅钢片中低频振动频率为供电频率的1倍频率与2倍频率。根据仿真思路设计实验,取出电机转子以保证主磁路通过电机定子,通过振动测量设备采集电机定子表面的振动信号进行分析,对仿真结果进行证明。计算理论与实验方法对分析磁致伸缩效应对电机定子振动噪声的影响具有重要的指导意义,对电机低噪声化的研究具有一定的学术意义和参考价值。     

考虑实际工况下串联铁心电抗器的振动研究

串联铁心电抗器广泛应用于电力系统,但其噪声明显高于变压器。电抗器振动主要来源于气隙处的电磁力和硅钢片的磁致伸缩力,使铁心在实际工作状态中时刻存在应力,影响着硅钢片的磁特性。首先测试了硅钢片在不同应力下的磁特性曲线;然后,在考虑磁致伸缩效应的基础上建立了电抗器的电磁-机械双向耦合模型;最后,通过仿真计算出电抗器铁心的磁场及振动的分布情况。结果表明,总的振动效果并非2个力单独作用时的简单叠加。     

旋转磁化下电工钢片磁致伸缩动态矢量特性模型

减少电工钢片磁化过程引起的铁心磁致伸缩形变是降低电气设备振动噪声的一个有效途径。电机铁心存在大量旋转磁化,而旋转磁化下铁心磁致伸缩特性较为复杂,其模拟方法研究还处于起步阶段。该文测量并分析旋转磁化下单片电工钢片的旋转磁致伸缩特性,探讨一个磁化周期不同时刻的圆形形变、主应变的矢量和谐波特性。提出基于Chua-type模型的动态矢量特性模型,并推导模型参数的计算表达式,建立相应的参数数据库。最后,对一台同步发电机的磁场进行仿真计算,结合所提出的模型,分析定子铁心的应变分布以及引起的局部形变,阐明传统磁致伸缩计算方法的不足之处,为进一步分析磁致伸缩引起的电机铁心振动噪声奠定了基础。     

直流偏磁对变压器振动噪声的影响

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器振动噪声的主要原因,并且直流偏磁在很大程度上加剧了变压器的振动噪声。本文首先测量了取向硅钢在不同磁密下的磁致伸缩蝴蝶曲线族,研究了轧制方向(RD)和垂直轧制方向(TD)磁致伸缩的特性,同时研究了直流偏磁对磁致伸缩特性的影响,然后用平均磁致伸缩曲线来模拟取向硅钢片的磁致伸缩特性,并将其应用到直流偏磁条件下一台160k V·A干式变压器空载振动的有限元计算。最后实验测量了直流偏磁条件下变压器铁心不同位置的空载振动,以及随着直流偏磁的增大,噪声声压级的值。综合有限元计算和实验测得的空载振动噪声值,分析了直流偏磁对变压器振动噪声的影响。     

车用驱动电机电磁振动噪声源诊断技术

由于车用驱动电机追求更宽的调速范围和更高的功率密度,导致电机产生的振动噪声进一步增大。为此针对车用驱动电机电磁振动噪声产生的机理,提出了适用于车用驱动电机不同电磁振动噪声源特征频率的识别方法。对电机定、转子磁场谐波进行分析,得出了磁场频率的数学解析表达式。对电机电磁激振力的阶次和频率进行研究,总结得出了不同电磁振动噪声源的特征频率。通过对电机电磁振动噪声测试数据进行诊断分析,验证了所提诊断方法的准确性。     

浅谈冷轧硅钢板在起重电机上的应用

通过分析冷轧硅钢板高磁感的性能及试验,提出在起重电机上应用冷轧硅钢板,根据起重电机损耗分布上的差异,有针对性的选择不同牌号的冷轧硅钢板,可提高起重电机的性能和经济效益.     

论拍频振动和噪声在电动机质量诊断中的应用

异步电机始终存在与转差有关的拍频振动和噪声,其产生的原因主要取决于定子磁场与转子旋转角速度之间的大小关系,通过测量和研究这种与转差有关的拍频振动和噪声可以有效地诊断鼠笼型异步电动机的某些质量缺陷。     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

基于多物理场耦合的感应电机噪声分析

感应电机的设计中,经常要对振动和噪声进行分析和评价。本文提出一种基于多物理场耦合的感应电机噪声分析和研究方法。将感应电机的电磁力通过谐响应分析与振动和噪声耦合起来,实现了对感应电机的振动和噪声的求解和计算。分析的结果与实测噪声验证吻合得非常好,证明了这种分析方法的准确性。     

次级非中心位置工况双边直线电动机有限元分析

在理想工况下双边型直线感应电机运行时,次级处于电机中心位置,由于曲线行程和振动等原因,初级会发生不同程度的横向偏移导致次级偏离中心位置,从而电机力特性发生较大变化。通过建立短初级双边型直线感应电机三维解析模型,给出了直线感应电机的数值计算方法和边界条件,获得初级不同偏移程度下直线电动机推力和法向力的表达式。对该工况下的直线感应电机进行三维有限元仿真,得到不同偏移程度下气隙磁场、推力和法向力的特性,分析了同一偏移下频率对非磁性次级电机的磁场和法向力影响。结果表明,随着初级偏移程度不断增大,气隙磁场的磁感应强度略有下降,而抑制偏移的法向力和推力逐渐增大。     

一种采用取向硅钢片的新型同步磁阻电机

同步磁阻电机（SynRM）结构简单、稳定可靠,但转矩和功率因数偏低,在过载运行下转子导磁桥和定子齿等磁通流经关键位置的硅钢片会逐渐饱和,使得电机发热增多,输出转矩降低。本文提出一种新型同步磁阻电机(NSynRM),通过在电机转子导磁桥表面增加使用取向硅钢片以及在定子齿部替换使用取向硅钢片来解决原电机中磁密饱和带来的问题。同原电机中的硅钢片相比,取向硅钢片在轧制方向具有高磁导率和高饱和磁密的特点,因此在新型同步磁阻电机中使取向硅钢片轧制方向沿着直轴磁场流通方向,能够使磁通沿着取向硅钢片顺利流通,增加电机的抗饱和能力。计算结果表明,新型同步磁阻电机在过载运行条件下,具有更大的转矩和功率因数,能有效降低电枢绕组温升,提高能量利用率。电机的电磁性能计算通过有限元软件完成。     

Magnetostriction and motor vibration

A quiet induction motor is strongly demanded today. Electromagnetic factors are a main cause of vibration and acoustic noise in a small induction motor. Electromagnetic forces and magnetostrictive forces are considered as the origin of electromagnetic vibration and noise. In this paper, magnetostrictive vibration of a ring of electrical steel sheets was simulated by the mechanical finite element method. Magnetostriction was assumed as external forces and they were added at each node of the meshed ring. Resonant frequency and the mode of the ring were calculated. In the steel sheet ring excited by a PWM voltage source inverter, the frequency spectrum of vibration of ring was measured and compared with the calculated results. It was confirmed that these procedures simulated magnetostriction behavior of electrical steel sheets. Furthermore, the electromagnetic forces of a small induction motor were calculated and compared with the magnetostriction data. It became clear that electromagnetic vibration was affected by the magnetostriction of steel. These results will be useful in the reduction of acoustic noise and the development of quiet motors. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 148(2): 8–13, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10338     

永磁同步电机齿槽转矩变异分析

永磁同步电动机中永磁体从毛坯料的加工开始至转子装配结束这整个过程中存在一系列的误差偏差,引起电机齿槽转矩变大,加大电机的振动和噪音,影响局扇风机的噪音性能。提出用测试反电动势和磁钢表面磁场方法来检测磁钢的差异,通过有限元磁场仿真分析,得出上述差异对齿槽转矩的影响程度,最后从电机设计角度,提出一些如何消除磁钢差异对电机振动及噪音性能影响的方法。