笼型异步电动机径向电磁力波的有限元计算

建立笼型异步电动机的场路耦合时步有限元模型,通过定子相电流仿真波形和实测波形的谐波比较验证有效性。基于该模型计算气隙磁通密度,进而利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力。气隙磁通密度和径向电磁力均随空间和时间变化,利用二维傅里叶分析分别求解它们的谐波;并探讨齿槽和转差率对磁通密度和径向电磁力的影响,以及磁通密度波和径向电磁力波之间的关系。将径向电磁力波和实测电磁噪声频谱进行了分析和对比,结果表明径向电磁力波的计算是合理有效的。利用本文方法计算的径向电磁力及其谐波可应用于在设计阶段对电磁噪声的分析。     

永磁同步电机电磁振动数值预测与分析

建立了考虑电磁力空间分布和定子等效的永磁同步电机电磁振动仿真计算模型。首先通过麦克斯韦应力张量法推导了电磁力的空间和频率特征,并考虑常见的电流谐波对电磁力频率特征的影响,之后通过有限元方法计算定子齿表面的电磁力。其次建立了考虑铁心和绕组材料各向异性的定子结构有限元模型,通过模态试验进行验证。最后将电磁力从电磁网格转移到结构网格上通过模态叠加法计算电磁振动,仿真计算结果与试验结果吻合较好,并对比了分布力与集中力两种力加载方法下的电磁振动结果。通过该文的研究发现考虑电磁力的空间分布和定子等效是电磁振动准确预测的关键因素,同时仿真与试验结果均表明开关频率附近的电流谐波对电磁振动影响显著。     

电励磁爪极发电机气隙磁场与径向电磁力的解析计算模型

爪极发电机因其特殊的转子结构导致磁场空间分布复杂,通常需要建立三维有限元模型对其进行计算分析。而三维有限元方法计算费时,且不便于分析发电机结构及电磁参数对磁场和电磁力的影响,因此提出一种气隙磁场与电磁力的解析计算模型。首先,考虑定子相电流谐波对气隙磁动势的影响及爪极倒角和定子开槽对气隙磁导的影响,建立气隙磁场的解析模型;在此基础之上,利用麦克斯韦应力张量法建立径向电磁力的解析模型,并依据解析模型对爪极发电机电磁噪声影响最大的36阶电磁力来源进行分析。所建解析模型的计算结果与有限元计算结果吻合,有限元结果得到了样机试验验证,从而说明了解析模型的准确性。     

鼠笼异步电动机电磁噪声的仿真分析

依据鼠笼异步电动机电磁噪声产生的机理,该文从电磁力、机械振动和声辐射特性三个方面进行仿真得到电磁噪声。利用电压作为输入的场路耦合时步有限元模型计算电流、磁场和径向电磁力,并分析径向电磁力的谐波;基于机械有限元模型研究定子振动模态以及在电磁力激励下的振动响应;利用声学边界元模型计算电动机的辐射声场。试验测量结果验证了电磁噪声仿真计算的有效性。基于该文电磁噪声仿真方法可在设计阶段对电磁噪声进行定量预估,有助于低噪声电动机的设计研发。     

气隙大小对电机电磁振动的影响分析

以核电站用立式电机为研究对象,通过对电磁力波瞬态值的分析,确定了气隙磁通密度与电磁力波对电磁振动的影响关系;利用有限元分析对不同气隙值时气隙磁场分布、三相感应电势的谐波含量变化及线端电压总畸变量趋势进行研究,对气隙增大产生的功率因数等各项性能参数的变化进行分析,并将仿真结果与解析计算对比,验证了解析计算的准确性;最后样机进行振动测试试验,通过气隙磁场变化的仿真结果和试验结果对比,验证了仿真计算的准确性。     

感应电动机电磁力的计算与对电机振动的影响

为了定量分析笼型异步电动机的谐波电磁力及其对电磁振动的影响,采用场路耦合有限元法,计算分析了电动机气隙磁通密度及谐波电磁力。在此基础上对其进行时-空二维傅里叶分析,得出空间阶次、幅值、频率之间的关系。解释谐波电磁力的组成部分与产生原因,并与一台样机振动加速度测量结果对比分析来说明谐波电磁力分析的准确性与应用意义。最终给出了电磁振动的改进方向,为分析感应电动机电磁振动机理与降低振动噪声提供了参考依据。     

基于极间虚齿的表贴式永磁电机六倍频振动噪声的削弱

采用极间虚齿结构对表贴式永磁电机的六倍频振动噪声进行削弱，与传统的优化方法相比，该方法结构简单，且基本不影响基波磁场和平均转矩。首先，基于麦克斯韦张量法，推导了考虑力波分量相角的六倍频电磁力谐波表达式，分析了六倍频电磁力的产生机理，并以一台8极48槽表贴式永磁电机为例，采用有限元法进行验证；接着，引入凸极磁导函数，基于磁场调制原理，分析了虚齿对磁通密度时间谐波的调制作用及对六倍频电磁力的削弱机理；然后，建立多物理场有限元模型，对比了优化前后电机的关键电磁性能以及振动和噪声频谱，结果表明，极间虚齿可有效削弱电机的六倍频电磁力和振动噪声；最后对优化后的样机进行噪声实验，与仿真结果对比，验证了理论和有限元模型的正确性。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

永磁转子偏转式三自由度电机磁场及径向力特性分析

提出一种新型永磁"蝶形"转子偏转式三自由度电机,建立永磁转子偏心后气隙变化的三维解析模型,通过有限元分析软件,对该新型电机的气隙磁通密度和径向电磁力特性进行分析,并基于球谐函数理论对磁场以及径向力谐波含量进行了定量分析。对样机进行了测试后并将实验结果与二者进行了对比验证。结果表明:转子偏心造成转子两侧气隙不等,磁通分布不均匀,磁拉力不平衡和谐波含量加重,有限元和解析法的分析结果与实验结果相吻合。     

PWM逆变器供电引起的轴向磁通非晶电机谐波损耗的解析计算

非晶合金材料具有出色的低损耗特性,适于用作高频电机的铁心,但PWM逆变器供电会导致高频电机谐波损耗严重增加。在电机初始设计阶段,快速准确计算出谐波损耗是轴向磁通非晶合金永磁电机设计及优化的关键。针对3D时步有限元计算耗时长的问题,改进现有多环等效模型的计算方法,推导了考虑PWM逆变器供电高次谐波电流影响的气隙磁通密度解析计算方法,并在此基础上推导了定子铁心损耗及考虑涡流反作用影响的转子涡流损耗的解析计算方法。将谐波损耗的解析计算值与样机实验值以及3D有限元计算值进行对比,结果显示谐波损耗的平均计算误差仅为9.69%,解析模型具有较高的计算精度。     

基于dSPACE的永磁同步电机低振动噪声控制策略

为降低变频器供电引起的永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声,首先理论分析了变频器引入的PMSM振动噪声源,然后利用MATLAB/Simulink建立仿真模型,通过d SPACE进行编译并控制一台PMSM,比较了随机开关频率调制技术和死区补偿技术降低振动噪声的优缺点,提出一种混合随机开关频率-死区补偿技术。试验结果表明,此方法综合随机开关频率调制技术和死区补偿技术的优点,能降低逆变器引入电流谐波引起的中低频振动噪声和逆变器开关频率与电流谐波相互作用引起的高频振动噪声。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

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。     

永磁同步电机转子偏心电磁力和挠度的分析与计算

为了准确计算永磁同步电机(PMSM)转子的挠度,降低电机的生产制造成本,基于理论解析和有限元法,分析与计算了转子偏心电磁力和挠度。推导了PMSM不平衡磁拉力的解析表达式,详细介绍了不平衡磁拉力和转子挠度的有限元计算方法。以355 kW 1 500 r/min PMSM为例,对比了不平衡磁拉力、转子挠度的有限元和解析法的计算结果,验证了有限元法的可靠性,对PMSM转子机械的准确计算和振动噪声分析具有一定的参考意义。     

超高速永磁同步电机振动噪声分析

超高速永磁同步电机（PMSM）具有转速高、径向力波阶数低等特点,但定子易共振引发较大噪声。以1台超高速PMSM为例,依据电机实际尺寸,建立了电机电磁场模型和定子结构的3D模态模型。采用有限元法对该电机的径向电磁力进行仿真,分析了引起电机振动的主要电磁力谐波次数,确认了电机电磁噪声的主要来源。最后,通过ANSYS声场的声压级云图研究了超高速PMSM的电磁噪声特性。     

考虑电流谐波的车用IPMSM振动仿真模型研究

为研究电流谐波对永磁同步电机振动的影响,搭建仿真平台,以一台48槽8极内置式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,分析了两种考虑电机电流谐波的振动仿真模型的异同。理论分析了引入电流谐波的永磁同步电机振动源,建立基于MATLAB-ANSYS的联合仿真模型和实测电流-ANSYS多物理场模型,并通过有限元法计算两种仿真模型的电磁激振力和振动加速度频谱,用振动实验验证了两种模型的有效性。     

基于定子磁障的分数槽集中绕组永磁同步电机应用设计与分析

分数槽集中式绕组（FSCW）存在谐波含量大的缺点,易引起定转子铁心损耗和振动噪声问题,限制了其在高端领域的应用。以采用FSCW的12槽14极永磁同步电机(PMSM)为研究对象,使用有限元软件进行仿真,分析定子非绕线齿中的磁障对磁动势谐波、电磁转矩、铁心损耗及径向电磁力的影响,并与传统永磁电机进行对比。仿真结果表明,采用定子磁障的电机能够有效降低绕组磁动势低次谐波,1、3、5次谐波分别下降了87%、84%和30%,铁心损耗减小了21.1%,低阶径向电磁力减小了20%以上,实现了对噪声和振动的有效抑制。     

基于波形重构法的永磁电机电磁振动噪声计算研究

提出了基于波形重构法的径向气隙磁密和径向电磁力波解析计算方法,简化了永磁电机电磁振动和噪声(EVAN)的计算过程,解决了永磁电机径向电磁力波计算较为复杂的难题。首先介绍了波形重构法计算永磁电机EVAN的理论依据。然后,以1台永磁电机为例,详细介绍了运用波形重构法计算永磁电机电磁振动噪声的具体步骤。最后,对电机EVAN进行多物理场有限元仿真,将波形重构法计算结果与有限元仿真结果对比,在误差允许范围内二者的计算结果具有一致性,由此验证了波形重构法计算电机EVAN的准确性。