永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)分析.pdf

1、永磁同步電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間存在較強(qiáng)的電磁吸引力,電磁吸引力的切向分量產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,而徑向分量會(huì)引起定子變形,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),能夠引起電機(jī)定子的機(jī)械振動(dòng)。在中小型電機(jī)當(dāng)中,電磁力是引起電機(jī)機(jī)械振動(dòng)的主要根源之一。本文將主要針對(duì)由于電磁力引起的電機(jī)機(jī)械振動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.利用Ansys下參數(shù)化建模語(yǔ)言,建立了永磁同步電機(jī)的電磁和結(jié)構(gòu)弱耦合的有限元模型,在求解過(guò)程中只需要輸入電機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和負(fù)載條件

2、,程序能夠自動(dòng)完成電機(jī)電磁力求解,并把每一步下的電磁力耦合到結(jié)構(gòu)有限元分析模型中,利用結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析方法,求得電機(jī)定子上任意一點(diǎn)的振動(dòng)情況。本文針對(duì)一臺(tái)12槽8極樣機(jī),對(duì)比了仿真和實(shí)驗(yàn)得到的反電勢(shì)和振動(dòng)頻譜,結(jié)果能夠很好的吻合。本文也利用結(jié)構(gòu)分析模型,研究了不同模數(shù)的電磁力波對(duì)電機(jī)定子振動(dòng)的影響。定子的模態(tài)頻率是電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一,因此文中也建立了電機(jī)定子的模態(tài)分析模型,對(duì)定子的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模態(tài)頻率的影響進(jìn)行了研究,并對(duì)模態(tài)仿真

3、和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比。
　　 2.電機(jī)內(nèi)部電磁力的模數(shù)越小,引起的振動(dòng)就越大。本文分析和推導(dǎo)了不同齒槽配合下的永磁同步電機(jī),其徑向電磁力的模數(shù)和頻率的表達(dá)式,并給出了不同繞組配置時(shí)電磁力的最小模數(shù)。對(duì)工程上常用的十種齒槽配合的永磁同步電機(jī),進(jìn)行了電磁和結(jié)構(gòu)有限元仿真,驗(yàn)證了電磁力的模數(shù)和頻率的表達(dá)式,同時(shí)也通過(guò)對(duì)這十種不同齒槽配合電機(jī)的電磁振動(dòng)的分析和研究,發(fā)現(xiàn)具有較低模數(shù)的電磁力諧波的電機(jī),其電磁振動(dòng)較大。
　　

4、3.以12槽8極內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)為例,研究了定轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)以及主要徑向電磁力諧波的影響,設(shè)計(jì)參數(shù)包括極弧角度、磁極偏心距,槽口寬度、槽肩高以及隔磁橋?qū)挾鹊?。增大極弧角度有利于減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和電磁力諧波的大小；增大磁極偏心距對(duì)于降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最為有效,但同時(shí)會(huì)使得2倍電頻率下模數(shù)為8的電磁力波大幅增加,而對(duì)模數(shù)4的電磁力波的影響與極弧角度相關(guān)；減小槽口寬度對(duì)于降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和模數(shù)較低的電磁力諧波非常有效；增加槽肩高,轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

5、和模數(shù)為8的電磁力波幅度都會(huì)增加,而模數(shù)為4的電磁力波會(huì)變小；增加隔磁橋?qū)挾瓤梢栽谝欢ǔ潭壬辖档娃D(zhuǎn)矩波動(dòng)和兩個(gè)主要電磁力諧波的幅度,但會(huì)使得電機(jī)的漏磁增加、輸出轉(zhuǎn)矩下降。
　　 4.分析和對(duì)比了永磁同步電機(jī)工作于方波和正弦波兩種模式下的電磁振動(dòng)。方波控制方式下電樞電流包含豐富的電流諧波,這些電流諧波會(huì)引起電機(jī)電磁力波的加強(qiáng),從而導(dǎo)致方波控制方式下的振動(dòng)變大。文中推導(dǎo)了不同次數(shù)的電流諧波產(chǎn)生的電磁力波的模數(shù)和頻率,并采用在正弦波控

6、制方式下注入諧波電流的方法,研究了方波控制方式下諧波電流對(duì)電機(jī)振動(dòng)的影響。
　　 5.由于分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)中存在低模數(shù)的電磁力諧波,其振動(dòng)水平一般比整數(shù)槽電機(jī)的大。針對(duì)分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī),本文提出了通過(guò)在定子注入補(bǔ)償電流來(lái)抵消電機(jī)中最小模數(shù)的電磁力諧波,從而抑制電機(jī)的電磁振動(dòng)。針對(duì)2倍電頻率下的振動(dòng),文中對(duì)一臺(tái)12槽8極、一臺(tái)24槽8極和一臺(tái)12槽10極永磁同步電機(jī)通過(guò)二維電磁和結(jié)構(gòu)有限元仿真,分析了三臺(tái)電機(jī)的電磁力分布和在有