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。     

不同磁致伸缩方程下永磁电机的应力、应变研究

磁致伸缩效应对电机的定子振动有着重要的影响。然而不同的磁致伸缩本构方程可能对电机定子中磁致伸缩效应导致的形变与振动的预测与评估有着不同的影响。因此,根据不同的物理原理选取3种本构方程对永磁电机的定子进行仿真研究:建立考虑磁致伸缩效应的电机电磁-机械耦合模型;进行有限元分析,计算磁通密度和磁致伸缩力,得到由磁致伸缩效应导致的振动位移;对不同本构方程得到的数值计算结果进行了分析。仿真结果表明:应用3种本构方程对电机仿真得到的磁通密度分布及大小无明显差别,且电机定子应力的频率变化规律基本都是供电电源频率的两倍,但是由它们仿真得到的应力、振动位移的数值大小却有着数量级的差距。通过对不同本构方程的研究为准确分析电机中由磁致伸缩效应引起的应力、应变等提供了合适的耦合方程和方法。     

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。     

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。     

旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩特性

电工钢片的磁致伸缩效应会使大容量电机定子铁心发生形变加剧电机振动噪声。近年来,随着实验测试技术的不断发展,国外已开展电工钢片磁致伸缩的测量与特性研究工作,国内还处于起步阶段。为深入研究旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩效应,开发了基于三轴应变测量的单片电工钢片旋转磁致伸缩测量系统,研究了椭圆磁化轨迹在不同轴比、倾斜角及磁通密度下电工钢片磁致伸缩主应变矢量周期变化情况,建立了可供分析电机铁心磁致伸缩效应的数据库文件,并以三维插值曲面的形式描述了旋转磁化与磁致伸缩的关系。研究了一种计算电机定子铁心磁致伸缩效应的数值分析方法,以环形铁心模型为例实验验证了计算方法的有效性。研究表明,电工钢片的旋转磁致伸缩形变大于交变磁致伸缩,且随着磁化轨迹圆形程度的增加而增大。上述实验数据及旋转磁致伸缩特性分析为减小电机铁心的振动噪声研究提供了参考。     

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。     

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动精确解析模型

铁磁材料的磁致伸缩效应是引起电机振动噪声的主要原因之一。为了计算磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动,基于压磁方程和牛顿第二定律分别建立磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型。利用解析模型确定了各物理量之间的关系。得出磁致伸缩引起的电机定子铁心振动与磁致伸缩系数成正比,定子铁心轭部和齿部的振动位移分别与轭部圆环半径、齿高近似呈线性关系,弹性模量对磁致伸缩引起的电机定子铁心振动影响很小。利用有限元法和实验测试验证了磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型的准确性。最后,利用定子铁心振动实验和有限元法对解析模型进行验证,通过解析计算值、有限元计算值与实验测试值的对比,验证了解析模型的准确性。     

考虑磁致伸缩效应的永磁同步电机磁-机械耦合模型

在永磁同步电机振动噪声的计算过程中,需考虑磁致伸缩效应的影响。建立了考虑磁致伸缩效应的定子铁心磁-机耦合模型,解析计算了电磁力密度及磁致伸缩力密度。数值计算了定子振动位移、振动速度和声压分布。所得结果与定子铁心在电磁力单独作用下的振动噪声响应进行了对比。在考虑磁致伸缩效应时,定子齿径向力密度幅值比电磁力单独作用时增加了13. 1%,定子铁心的变形量比电磁力单独作用时变形量增加了13. 4%,声压级也明显增加。对比表明,磁致伸缩效应对于电机振动噪声有重要贡献。在低噪声永磁同步电机的研发设计阶段,不能忽略磁致伸缩效应的影响。     

机械应力下无取向电工钢片磁致伸缩特性研究

电工钢片的磁致伸缩现象是引起电机、变压器铁心产生振动和噪声的主要原因之一。铁心的裁剪、冲压、装配等加工工艺会在电工钢片中产生残余应力，进而改变电工钢片的磁致伸缩特性，加剧铁心的振动噪声。该文基于三轴应变计方法，研制并开发了应力下电工钢片磁致伸缩特性测量系统，测量并分析了不同应力下无取向电工钢片的磁致伸缩应变，讨论电工钢片三种切割方式对磁致伸缩特性的影响，并分析了退火前后磁致伸缩特性的变化，给出三种切割方式产生的残余应力和测量方法。最后基于上述实验测量得到的应力下磁致伸缩数据，对一台永磁电机定子铁心的磁致伸缩效应进行了仿真计算，分析了残余应力对铁心形变的影响。研究表明，压应力会使电工钢片磁致伸缩效应加剧，激光切割方式会产生更大的残余应力使得电机振动增大，该研究为进一步分析铁心的振动噪声提供了科学依据。     

用十二区段法抑制低速时直接转矩的电磁振动

针对低速时直接转矩控制下电机电磁振动较大的问题。运用转矩和磁链解耦的方法对电机电磁转矩和磁链的运动规律对其进行了分析,并从切向力和径向力两方面分析了电机的振动和转矩磁链的关系,提出使用十二区段法来来减小转矩和磁链的非线性变化,从而减小了电机由电磁力引起的振动。使用Matlab搭建十二区间直接转矩下的电机的振动模型,验证了使用该法降低直接转矩控制下电机电磁振动的可行性。     

高速隐极同步发电机电磁振动分析及抑制

对高速隐极同步发电机气隙磁场以及径向电磁力波进行有限元仿真计算与分析,研究并总结了不同磁导率磁性槽楔和不同槽分度数对电机电磁激振力的影响规律,形成抑制该类电机电磁振动的优化方案。通过开展高速发电机机脚实测振动频率与电磁激振力波频谱对比研究,验证了径向电磁力波计算与分析的正确性。在此基础上,对优化方案下的电机电磁振动进行预估分析,转子齿谐波振动加速度级降低达13.5 d B,总振级降低4.6 d B,从而验证了优化方案的有效性,相关分析方法和优化措施为抑制该类发电机的电磁振动提供可靠的参考。     

双凸极电机电磁力的有限元分析

双凸极电机的径向磁吸力是电机产生振动与噪声的主要来源。该文运用有限元方法,对1台双凸极结构的开关磁阻电机进行了径向磁吸力的计算,得到了径向磁吸力与转子位置角及相电流的关系。其结论为描述双凸极电机径向磁吸力的非线性模型奠定了基础,同时对于设计优化电机结构以减小振动与噪声有较好的指导意义。     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。     

交流润滑油泵振动故障原因分析及处理

针对某电厂交流润滑油泵电机顶部振动异常的问题,通过不同运行工况的测试,分析了产生振动异常的原因,主要为不平衡激振力、结构刚度不足以及结构设计问题等。为此,采用现场高速动平衡的方法对油泵振动故障进行了处理,降低了电机顶部的振动,并提出了进一步减小油泵振动幅值的方法。     

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。     

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。     

多相感应推进电机振动分析研究

电磁振动是电动机的主要噪声源,对于大中型感应电机,主要是通过优化槽配合的方式增加力波阶数同时避开定子铁心相应的模态来减小电机振动噪声。本文提出基于瞬态动力学有限元计算预测感应电机振动的方法,该方法不仅可以定性地为槽配合的优化提供参考,也可以定量地预估出电机的振动噪声量值,为在设计阶段电机振动的优化设计提供方向。并以某大型多相感应推进电机为例验证了该方法的有效性。     

商用电动车用永磁同步电机电磁振动噪声削弱方法

电磁振动噪声是电机振动噪声的主要噪声源,直接影响电机的NVH特性,而电磁力是影响电磁振动噪声的主要原因。本文基于解析推导法和Ansys多物理仿真平台,针对一台250 kW的商用电动车用永磁同步电机进行研究并对其电磁振动进行了分析,指出电机气隙磁密的变化将会影响电机定子齿受到的电磁力,从而影响电磁振动噪声。本文提出了一种通过在转子表面增加凹口的转子结构改进方案以削弱电磁振动噪声,并对改进前后电机的电磁、模态、振动、噪声进行仿真计算与对比分析。经过对比优化前后的分析结果可知,优化后的电机方案在保证平均转矩基本不变的前提下,转矩脉动得到降低,电磁振动噪声得到削弱。     

变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计研究

针对变频空调压缩机电机低阶径向电磁力引起的电磁噪声问题,以某4极24槽永磁同步电机为研究对象,提取和处理径向电磁力,并对电机定子组件进行模态仿真,最后利用模态叠加法计算电磁振动、边界元法计算声辐射。本文新采用特殊材质隔声罩对非电机声源进行隔绝,同时提出一种新型转子辅助槽电机结构方案。与原方案电机的电磁力、振动及噪声进行仿真与测试对比分析,结果表明,新型转子结构能够有效改善电机4阶电磁噪声问题,分析过程对电机振动与噪声的正向设计优化具有重要的借鉴意义。