永磁同步电动机振动和噪声抑制的研究

本文以一款存在较大振动和噪声的注塑机用永磁同步电机为例,利用解析法推导出径向电磁力产生原理和分、整数槽定子绕组的谐波次数,提出定子采用整数槽来减小电机径向电磁力,转子上挖孔和开槽来降低气隙磁密幅值,削弱齿槽转矩和转矩脉动,然后利用Ansys有限元分析软件对这两款电机的气隙磁密波形、定子磁场谐波含量、径向力波等进行对比分析,并制作了样机,通过样机噪声实验发现该方法可有效抑制永磁同步电机的振动和噪声,对改善电机性能具有一定的参考价值。     

电机振动噪声研究(二) 电磁噪声起因及激振力波

2.1电磁噪声产生原因电机运行时气隙中存在基波磁场和一系列谐波磁场,这些磁场相互作用除产生切向力,从而产生切向电磁转矩以外,还会产生随时间和空间变化的径向力。一般情况下电机气隙中存在各种次数、各种频率的旋转径向电磁力波。每个径向力波都分别作用在定、转子铁心上,使定子铁心和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向变形,即发生振动,振动频率就是力波作用的频率。由于转子铁心刚度很大,所产生的振动量很小,故一般仅考虑定子铁心和机座的振动。电磁噪声主要是由于定子的振动使周围空气脉动而     

基于有限元模型的开关磁阻电机振动研究

振动和噪声问题阻碍了开关磁阻电机的推广应用。防止径向力的谐波频率与定子固有频率产生谐振是减小振动和噪声的有效手段,因此确定定子径向力及振动加速度波形并进行频谱分析是减振降噪研究的首要前提。本文通过有限元计算得出不同转子位置、不同电流激励下的定子径向力,基于有限元模型并结合开关磁阻电机振动频域响应函数在Matlab/Simulink仿真环境下建立了开关磁阻电机振动仿真模型,对输出的径向力及振动加速度波形进行频谱分析,从而可找到其主要的谐波分量。本文的研究对于选择合适控制策略来减小开关磁阻电机的振动和噪声有积极意义。     

基于转矩脉动和径向力的定子极形优化

由于开关磁阻电机有较大的振动和噪声,导致其在很多领域的应用受到限制。为了抑制振动,本文分析了电机振动产生的原理,分别从减小转矩脉动和径向力两方面出发,对原始模型进行了结构优化。首先,考虑到边缘磁通效应的影响,本文在定子齿顶部增添单侧极靴并进行磁导分析,通过调节气隙磁导以减小转矩脉动;在此基础上,依据麦克斯韦应力张量法,在定子齿弧面开设矩形槽,通过改善气隙磁密分布以降低径向力波峰值。有限元分析表明,该结构相对于原始模型,在平均转矩略微减小的情况下,实现了径向力波峰值和转矩脉动的降低。结合样机振动测试,进一步验证了该方案在减小振动上的合理性和可信度。     

一种减小开关磁阻电机振动的定子新结构

在分析SRM振动产生的原因基础上,根据电磁能量守恒方程和麦克斯韦张量法分析径向力的影响因素,提出在定子齿顶部开设矩形槽的方法。通过定子齿开槽,改变定/转子重叠部分磁力线的方向,从而减小径向磁密、增大切向磁密。分析了开槽宽度和开槽深度对减小径向力的影响,通过有限元分析获得样机的最优开槽尺寸。相比于传统结构,开槽定子结构气隙的径向磁密降低了4.2%,切向磁密增加了7.4%;在平均转矩下降1.43%时,径向力波峰值下降了32.25%,转矩脉动下降了5.42%。为了拓宽电机的速度范围,降低因共振引起的振动噪声,在环形定子轭的周边外接正8边形结构,通过改变定子轭形状和厚度以增大定子的固有频率。     

第三讲 电磁噪声及其降低(一)

一、电磁噪声是怎样产生的? 1.电磁噪声首先是由于电机气隙中存在各次谐波磁场,它们除产生切向力矩外,还会相互作用产生径向磁拉力。这种径向力是一种行波(象三相旋转磁场那样),特称之为径向力波。以异步电动机为例,如图3—1示,当定子有一个v=7次谐波磁场     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

一种新型矿用电机—复合转子异步电机谐波电磁场的三维分析

对一种新型矿用电机－复合转子异步电机中定子高次谐波磁势在有限长转子中所产生的涡流磁场进行三维分析。结论是，谐波磁场的三维特性比基波磁场明显减弱，谐波磁场的次数越高，磁场趋趋于二维分布，在各次谐波磁场中，齿谐波磁场较强，有时甚至强于任何其它高次谐波，因此设法削弱齿谐波磁场是降低谐波转矩和附加损耗，提高电机效率的有效方法。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

风机用永磁同步电动机振动和噪声的分析

为了降低永磁同步电动机的振动和噪声,以一款风机用的12槽10极永磁同步电动机存在较大振动和噪声为例,利用径向力波分析原理,提出将该款电动机的槽极配合改为24槽8极,通过将分数槽改为整数槽来减少气隙磁场的谐波分量,进而减少低阶径向力波。基于Maxwell 2D建立12槽10极、24槽8极两款电动机的有限元模型,对其进行仿真分析,分别获得定子磁场在额定负载时和永磁体磁场在空载时的气隙磁密波形并对其进行傅里叶分解,然后进行径向力波分析。经过对比分析得出,24槽8极电动机的低阶力波均为0,而且该电动机气隙磁场仅存在奇次谐波。该文为降低风机用永磁同步电动机的振动和噪声在理论上提供了较高的参考价值。     

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

表贴式PMSM极弧系数对纹波转矩的影响

纹波转矩是各类永磁同步电动机关注的性能指标之一.纹波转矩是定子磁动势谐波与转子磁场谐波相互作用产生的谐波转矩,而引起转子磁场谐波的因素有很多,如极弧系数、槽口宽度、气隙长度等.以表贴式永磁同步电动机为例,在不同的极弧系数下,利用有限元软件分析如何削弱纹波转矩.     

无轴承开关磁阻电机的振动控制策略

磁阻电机的振动和噪声问题已成为阻碍其推广应用的一大障碍。本文研究了一种利于减小无轴承开关磁阻电机定子电磁振动的悬浮运行控制策略。该控制策略在保证电机稳定悬浮的前提下,通过对主绕组实施两步换相以减小由于换相时径向力突变而带来的定子振动。基于BSRM的运行原理、转矩和径向力的数学模型,介绍了新型控制策略的基本原理;制定了两步换相带来负转矩的补偿方法,推导了电机相关控制参数的计算方法;仿真证实了新的控制策略可有效地减小BSRM定子电磁振动,验证了理论分析的正确性和可行性。     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。     

关于小型三相鼠笼型异步电动机附加损耗与转矩曲线的计算

小型三相鼠笼型异步电动机的定子绕组在气隙空间产生相带谐波磁场和磁势齿谐波磁场,转子绕组也产生一系列磁势谐波磁场,此外,由于气隙两旁存在齿槽,使气隙不均匀,结果形成磁导谐波磁场,它们在电机的定转子表面及绕组中产生高频附加损耗,还在电机中产生谐波转矩。本文介绍上述磁场的各种表达式,叙述了表面涡流损耗、表面磁滞损耗、脉振损耗、转子谐波电流损耗以及谐波转矩的计算公式。     

集中绕组永磁无刷电机的转矩研究

集中绕组永磁无刷电机由于绕组结构与常规60°相带分布绕组不同,定子磁动势的谐波含量增加,定子齿、槽的影响也加大。本文采用电机磁能虚位移原理计算电机转矩,并编制了计算软件,不仅可以计算电机的平均电磁转矩,还可以得到由谐波磁场产生的谐波脉动转矩。通过实例计算,本文还比较了整数槽绕组和分数槽绕组产生谐波转矩的情况,采用分数槽绕组可以削弱谐波脉动转矩。     

无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究

在研究无轴承异步电机中实现电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是电机稳定悬浮的关键所在,本文采用了基于d轴电流直接求解的无轴承异步电机定子磁场定向控制,克服了从常规定子磁场定向控制需加解耦器及其带来的输出延时的缺点。在悬浮力控制中引入单边磁拉力反馈控制,以减少系统延时及干扰对转子悬浮控制带来的误差。仿真结果表明电机动态、稳定性能优越。     

基于有限元法的磁悬浮开关磁阻电机数学模型

当电机高速运行时，为避免机械磨损，采用电磁力进行悬浮支撑，而磁轴承占用轴向空间，限制临界转速。磁悬浮开关磁阻电机利用电机定子与轴承机械结构的相似性，在原有的电机定子绕组上附加一套径向力绕组，通过一定的控制策略，同时实现电机的旋转和悬浮。该文在利用有限元软件Ansoft/ Maxwell 2D分析磁悬浮开关磁阻电机磁场的基础上，结合等效磁回路法并根据虚位移定理，推导出磁悬浮开关磁阻电机在考虑a、b轴方向径向偏移及其耦合时的径向力和转矩的数学模型，并用有限元分析结果验证了该模型的正确性和有效性。     

分数槽永磁同步电动机优化分析

简要分析了分数槽永磁同步电动机电枢磁场的谐波,利用Maxwell 2D有限元分析软件分别仿真计算了36槽30极、32极、34极三台永磁同步电动机的永磁体磁场,通过傅里叶分解得到永磁体磁场的各次谐波及幅值,进行了径向力波分析。通过径向力波分析结果确定最佳的槽极配合,同时分析了不同极弧系数对永磁同步电动机齿槽转矩的影响。此分析方法对永磁同步电动机的优化设计具有一定的参考价值。     

基于气隙磁场重构的永磁电机转矩脉动抑制研究EI北大核心CSCD

永磁电机的齿槽转矩引起转矩脉动,影响电机系统的低速性能和控制精度。该文建立齿槽转矩与气隙磁场谐波的模型,分析低次谐波磁场对齿槽转矩的影响规律,揭示齿槽转矩产生机理。通过部分磁极反余弦削极技术重构气隙磁场波形,抵消3、5、7次谐波磁场引起的齿槽转矩,实现电机齿槽转矩的抑制。与现有减小齿槽转矩的方法相比,所提方法通过间接控制气隙磁场减小齿槽转矩。通过有限元法对所提的方法进行验证,并研制1台12槽8极部分反余弦削极转子永磁电机,进行相关测试。