Elektromagnetický šum statora v motore ovplyvňujú najmä dva faktory, elektromagnetická budiaca sila a štrukturálna odozva a akustické žiarenie spôsobené príslušnou budiacou silou.Prehľad výskumu.
Profesor ZQZhu z University of Sheffield, Spojené kráľovstvo atď. použil analytickú metódu na štúdium elektromagnetickej sily a hluku statora motora s permanentným magnetom, teoretické štúdium elektromagnetickej sily bezkomutátorového motora s permanentným magnetom a vibrácií permanentného magnetu. magnetický bezkomutátorový jednosmerný motor s 10 pólmi a 9 drážkami.Študuje sa hluk, teoreticky sa študuje vzťah medzi elektromagnetickou silou a šírkou zuba statora a analyzuje sa vzťah medzi zvlnením krútiaceho momentu a výsledkami optimalizácie vibrácií a hluku.Profesor Tang Renyuan a Song Zhihuan z Shenyang University of Technology poskytli kompletnú analytickú metódu na štúdium elektromagnetickej sily a jej harmonických v motore s permanentným magnetom, čo poskytlo teoretickú podporu pre ďalší výskum teórie hluku motora s permanentným magnetom.Zdroj elektromagnetického vibračného hluku sa analyzuje okolo synchrónneho motora s permanentným magnetom poháňaného sínusovou vlnou a frekvenčným meničom, študuje sa charakteristická frekvencia magnetického poľa vzduchovej medzery, normálna elektromagnetická sila a vibračný hluk a dôvod krútiaceho momentu. zvlnenie sa analyzuje.Pulzácia krútiaceho momentu bola simulovaná a overená experimentálne pomocou prvku a analyzovaná bola pulzácia krútiaceho momentu pri rôznych podmienkach uloženia štrbinového pólu, ako aj účinky dĺžky vzduchovej medzery, koeficientu pólového oblúka, uhla skosenia a šírky štrbiny na pulzáciu krútiaceho momentu. .Vykoná sa model elektromagnetickej radiálnej sily a tangenciálnej sily a zodpovedajúca modálna simulácia, elektromagnetická sila a odozva na hluk vibrácií sa analyzujú vo frekvenčnej doméne a analyzuje sa model akustického žiarenia a vykoná sa zodpovedajúca simulácia a experimentálny výskum.Je potrebné zdôrazniť, že hlavné režimy statora motora s permanentným magnetom sú znázornené na obrázku.
Hlavný režim motora s permanentným magnetom
Technológia optimalizácie štruktúry karosérie motoraHlavný magnetický tok v motore vstupuje do vzduchovej medzery v podstate radiálne a vytvára radiálne sily na stator a rotor, čo spôsobuje elektromagnetické vibrácie a hluk.Súčasne generuje tangenciálny moment a axiálnu silu, čo spôsobuje tangenciálne vibrácie a axiálne vibrácie.V mnohých prípadoch, ako sú asymetrické motory alebo jednofázové motory, sú generované tangenciálne vibrácie veľmi veľké a je ľahké spôsobiť rezonanciu komponentov pripojených k motoru, čo vedie k vyžarovanému hluku.Aby bolo možné vypočítať elektromagnetický hluk a analyzovať a kontrolovať tieto zvuky, je potrebné poznať ich zdroj, ktorým je silová vlna, ktorá generuje vibrácie a hluk.Z tohto dôvodu sa analýza elektromagnetických silových vĺn vykonáva prostredníctvom analýzy magnetického poľa vzduchovej medzery.Za predpokladu, že vlna hustoty magnetického toku produkovaná statorom je , a vlna hustoty magnetického tokuprodukovaný rotorom je, potom ich zloženú vlnu hustoty magnetického toku vo vzduchovej medzere možno vyjadriť takto:
Faktory, ako je drážkovanie statora a rotora, rozloženie vinutia, skreslenie tvaru vlny vstupného prúdu, kolísanie priepustnosti vzduchovej medzery, excentricita rotora a rovnaká nevyváženosť, to všetko môže viesť k mechanickej deformácii a následne k vibráciám.Priestorové harmonické, časové harmonické, štrbinové harmonické, excentrické harmonické a magnetická saturácia magnetomotorickej sily vytvárajú vyššie harmonické sily a krútiaci moment.Najmä radiálna silová vlna v striedavom motore bude pôsobiť súčasne na stator a rotor motora a spôsobí skreslenie magnetického obvodu.Konštrukcia rámu statora a plášťa rotora je hlavným zdrojom hluku motora.Ak je radiálna sila blízka alebo rovná vlastnej frekvencii systému stator-základňa, dôjde k rezonancii, ktorá spôsobí deformáciu systému statora motora a vytvorí vibrácie a akustický hluk.Väčšinou,magnetostrikčný hluk spôsobený nízkofrekvenčnou radiálnou silou 2f vysokého rádu je zanedbateľný (f je základná frekvencia motora, p je počet pólových párov motora).Radiálna sila vyvolaná magnetostrikciou však môže dosiahnuť približne 50 % radiálnej sily vyvolanej magnetickým poľom vzduchovej medzery.Pre motor poháňaný meničom v dôsledku existencie vyšších časových harmonických v prúde jeho statorových vinutí budú časové harmonické generovať dodatočný pulzujúci krútiaci moment, ktorý je zvyčajne väčší ako pulzujúci krútiaci moment generovaný priestorovými harmonickými.veľký.Okrem toho sa zvlnenie napätia generované jednotkou usmerňovača prenáša aj do meniča cez medziobvod, čo vedie k inému druhu pulzujúceho krútiaceho momentu.Čo sa týka elektromagnetického šumu synchrónneho motora s permanentným magnetom, Maxwellova sila a magnetostrikčná sila sú hlavné faktory spôsobujúce vibrácie a hluk motora.
Vibračné charakteristiky statora motoraElektromagnetický hluk motora nesúvisí len s frekvenciou, poradím a amplitúdou elektromagnetickej silovej vlny generovanej magnetickým poľom vzduchovej medzery, ale súvisí aj s prirodzeným režimom konštrukcie motora.Elektromagnetický hluk je generovaný hlavne vibráciami statora motora a krytu.Preto je predpovedanie vlastnej frekvencie statora prostredníctvom teoretických vzorcov alebo simulácií vopred a rozloženie frekvencie elektromagnetickej sily a vlastnej frekvencie statora účinným prostriedkom na zníženie elektromagnetického šumu.Keď je frekvencia radiálnej silovej vlny motora rovná alebo blízka vlastnej frekvencii určitého rádu statora, spôsobí sa rezonancia.V tomto čase, aj keď amplitúda radiálnej silovej vlny nie je veľká, spôsobí veľké vibrácie statora, čím sa vytvorí veľký elektromagnetický šum.Pre hluk motora je najdôležitejšie študovať prirodzené režimy s radiálnymi vibráciami ako hlavnými, axiálny poriadok je nulový a tvar priestorového režimu je pod šiestym rádom, ako je znázornené na obrázku.
Forma vibrácií statora
Pri analýze vibračných charakteristík motora sa môže vzhľadom na obmedzený vplyv tlmenia na tvar režimu a frekvenciu statora motora ignorovať.Štrukturálne tlmenie je zníženie hladín vibrácií v blízkosti rezonančnej frekvencie použitím mechanizmu vysokej disipácie energie, ako je znázornené, a uvažuje sa len pri rezonančnej frekvencii alebo v jej blízkosti.
tlmiaci efekt
Po pridaní vinutí k statoru je povrch vinutí v štrbine železného jadra ošetrený lakom, izolačný papier, lak a medený drôt sú navzájom spojené a izolačný papier v štrbine je tiež tesne pripevnený k zubom železného jadra.Preto má vinutie v drážke určitý príspevok tuhosti k železnému jadru a nemôže byť považované za prídavnú hmotu.Keď sa na analýzu použije metóda konečných prvkov, je potrebné získať parametre, ktoré charakterizujú rôzne mechanické vlastnosti podľa materiálu vinutia v ozubení.Počas implementácie procesu sa snažte zabezpečiť kvalitu namáčacej farby, zvýšiť napätie vinutia cievky, zlepšiť tesnosť vinutia a železného jadra, zvýšiť tuhosť konštrukcie motora, zvýšiť prirodzenú frekvenciu, aby sa zabránilo rezonanciu, znížiť amplitúdu vibrácií a znížiť elektromagnetické vlny.hluk.Vlastná frekvencia statora po vtlačení do plášťa je odlišná od frekvencie jedného jadra statora.Puzdro môže výrazne zlepšiť pevnú frekvenciu konštrukcie statora, najmä pevnú frekvenciu nízkeho rádu.Zvýšenie pracovných bodov otáčok zvyšuje obtiažnosť zabránenia rezonancii v konštrukcii motora.Pri navrhovaní motora by sa mala minimalizovať zložitosť konštrukcie plášťa a prirodzená frekvencia konštrukcie motora sa môže zvýšiť vhodným zväčšením hrúbky plášťa, aby sa zabránilo výskytu rezonancie.Okrem toho je veľmi dôležité rozumne nastaviť kontaktný vzťah medzi jadrom statora a plášťom pri použití odhadu konečných prvkov.
Elektromagnetická analýza motorovAko dôležitý indikátor elektromagnetickej konštrukcie motora môže magnetická hustota zvyčajne odrážať pracovný stav motora.Preto najprv extrahujeme a skontrolujeme hodnotu magnetickej hustoty, prvým je overenie presnosti simulácie a druhým je poskytnúť základ pre následnú extrakciu elektromagnetickej sily.Vytiahnutý diagram magnetickej hustoty motora je znázornený na nasledujúcom obrázku.
Z mapy mrakov je zrejmé, že magnetická hustota v polohe magnetického izolačného mostíka je oveľa vyššia ako inflexný bod krivky BH jadra statora a rotora, čo môže mať lepší účinok magnetickej izolácie.
Krivka hustoty toku vzduchovej medzeryExtrahujte magnetické hustoty vzduchovej medzery motora a polohy zubov, nakreslite krivku a môžete vidieť konkrétne hodnoty magnetickej hustoty vzduchovej medzery motora a magnetickej hustoty zubov.Magnetická hustota zuba je určitá vzdialenosť od inflexného bodu materiálu, o ktorej sa predpokladá, že je spôsobená vysokou stratou železa, keď je motor navrhnutý na vysoké otáčky.
Modálna analýza motoraNa základe modelu konštrukcie motora a mriežky definujte materiál, definujte jadro statora ako konštrukčnú oceľ a definujte plášť ako hliníkový materiál a vykonajte modálnu analýzu motora ako celku.Celkový režim motora sa získa tak, ako je znázornené na obrázku nižšie.
tvar režimu prvého poriadku
tvar režimu druhého rádu
tvar režimu tretieho rádu
Analýza vibrácií motoraAnalyzuje sa harmonická odozva motora a výsledky zrýchlenia vibrácií pri rôznych rýchlostiach sú znázornené na obrázku nižšie.
1000Hz radiálne zrýchlenie
Radiálne zrýchlenie 1500Hz
Radiálne zrýchlenie 2000 HzČas odoslania: 13. júna 2022