永磁同步电机的振动与噪音课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,交流永磁同步电机理论-,9,永磁同步电机的振动与噪音,9,永磁同步电机的振动与噪音,交流永磁同步电机理论,微特电机与控制研究所,9 永磁同步电机的振动与噪音交流永磁同步电机理论微特电机与,目录,一、 振动与噪音机理,二、定位力矩与噪音,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音,四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音,五、抑制措施,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,目录一、 振动与噪音机理交流永磁同步电机理论-9 永磁同步,一、振动与噪音机理,1,、电磁噪音,2,、机械噪音,3,、空气动力噪音,人耳听觉的声波频率范围大约为,20Hz20kHz,，,控制器,PWM,；定位力矩；力矩波动；,电机轴承；电机电刷；转子不平衡。,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理1、电磁噪音人耳听觉的声波频率范围大约为2,在频率,300,一,600,赫兹区队,80,分贝响度级的噪声若每天连续作用,8,小时，实际上不会引起对,1000,一,2000,赫兹言语频率范围内的听觉丧失；,在频率,300,一,600,赫兹区间，,88,至,95,分贝的噪声响度级经过,30,年会引起对,1000,赫兹的听觉丧失,8,至,13,分贝，对,2000,赫兹的听觉丧失,13.5,至,19,分贝；,在频率,1200,一,2400,赫兹区间，,73,分贝的噪声响度圾经过,7,年会引起对,4000,赫兹的听觉丧失,5,分贝，而,83,至,88,分贝的响度级经过,30,年会引起对,4000,赫兹的听觉丧失,27,至,33,分贝。,对人的损害：,对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,在频率300一600赫兹区队80分贝响度级的噪声,一、振动与噪音机理,其中,气隙磁导谐波次数，,=1,2,3,；,Z,槽数；,0,磁导常量部分；,0,次谐波幅值；,定子圆周角坐标系自变量。,气隙磁导：,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理其中 气隙磁导谐波次数， =1,一、振动与噪音机理,k,永磁磁动势谐波次数，,k=1,2,3,.,；,p,极对数；,0,转子在定子圆周角坐标系中的角坐标；, ,转子转速；,F,rk,转子磁动势次谐波幅值。,转子磁势：,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理k 永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,一、振动与噪音机理,Fsv,定子磁动势次谐波幅值；,v,定子磁动势谐波次数；,0,定子磁动势在圆周坐标系中角坐标；,1,电流基波角频率；,电流谐波次数。,定子磁势：,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理Fsv 定子磁动势次谐波幅值；定子磁势：,一、振动与噪音机理,合成磁动势：,气隙磁密：,单位面积力：,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理合成磁动势：气隙磁密：单位面积力：交流永磁,一、振动与噪音机理,一、不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是对定子铁心产生静压力时铁心产生静变形，不产生振动和噪音,;,二、定子磁动势同次谐波，力波角频率为,2,1,;,三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为,2k,1,;,四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为,(,i,j,),1,;,五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为,(k,i,k,j,),1,;,六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为,(,i,k,j,),1,;,七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为,2,i,1,;,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理一、不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒,一、振动与噪音机理,电磁噪音测试最常用的鉴别方法,是：,一、突然断电法。,二、测振法。,三、混合变频判断法。所谓混合变频法是指利用相关仪器辅助人耳鉴别噪音。混合变频鉴别法的辅助设备为一套可变频音响设备。鉴别时，首先测试电机在恒电压恒转速时的噪音频谱，记录幅值较大的频段，令变频音响设备在这些频段上发出激励声源，根据同频声波幅值叠加原理，当激励声源与噪音相应频谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,一、振动与噪音机理电磁噪音测试最常用的鉴别方法是：交流永磁同,二、,定位力矩,定位力矩电机不通电时永磁转子受到的磁力矩,引起的原因齿槽和磁滞的存在,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,二、定位力矩 定位力矩电机不通电时永磁转子受到的磁力矩交,极数,2P,2,，,齿数,Z,3,，,每周稳定位置数,6,二、,定位力矩,理想磁路下的齿槽力 矩,TC,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,极数2P2，二、定位力矩理想磁路下的齿槽力 矩TC交流永磁,最低次数,min,每周磁能状态重复次数,虚位移方法求取,T,C,C 2P,和,Z,的最大公约数,幅值决定于磁势平方,F,2,和磁导,G,的,次幅值乘积,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音, 最低次数min每周磁能状态重复次数 虚位移方法求取,二、,定位力矩,缺陷磁路的齿槽力矩,转子有缺陷导致,Z,次定位力矩,定子有缺陷导致,2P,次定位力矩,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,二、定位力矩缺陷磁路的齿槽力矩交流永磁同步电机理论-9 永,二、,定位力矩,样机的定位力矩分析,极对数,P,齿数,Z,定位力矩,220,rpm,对应的电流频率,Hz,大电机,10,18,36.6,小电机,5,9,18.3,180,90,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,二、定位力矩样机的定位力矩分析极对数P齿数Z定位力矩220r,二、,定位力矩,小电机噪音与电流波形,噪音频率为电流频率的18倍,机械转速的,90,次,理想次数,啸叫,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,二、定位力矩小电机噪音与电流波形 噪音频率为电流频率的18倍,二、,定位力矩,大电机噪音与电流波形,噪音频率为电流频率的18倍,机械转速的,180,次,理想次数,啸叫,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,二、定位力矩大电机噪音与电流波形 噪音频率为电流频率的18倍,波动力矩,波动力矩,指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量,引起的原因：电动势,e,和电流,i,的波形偏离了理想波形,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,波动力矩三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音交流永磁同步电机理,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音,得到,式中,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音得到式中交流永磁同步电机理,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音,力矩波动仿真图,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音力矩波动仿真图交流永磁同步,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音,大电机噪音与电流波形,120,rpm，10Nm,噪音频率为电流频率的6倍,振动,f=120Hz,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音大电机噪音与电流波形 1,(c) T=9 Nm,，,n162rpm,(a)T=0,，,n=110rpm,（,b,）,T=0.5 Nm,，,n=326rpm,P=5,（,a,）电流周期,18,次，噪音频率为,165Hz,。,（,b,） 电流周期,6,次，噪音频率为,163Hz,。,（,c,）电流周期,12,次，噪音频率为,162Hz,。,小电机,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,(c) T=9 Nm，n162rpm(a)T=0，n=1,存在电流偏差,时,四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音,正弦波驱动,理想情况,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音, 存在电流偏差时四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音正,存在幅值偏差,i,存在相位偏差,存在恒定成分,I,-,2P,-,2P,-,P,四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,存在幅值偏差i 存在相位偏差 存在恒定成分I -,力矩波动,五、抑制措施,正弦波驱动器,方波驱动器,控制器,电机本体,优化电机系统固有频率,定位力矩,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,力矩波动五、抑制措施正弦波驱动器方波驱动器控制器电机本体优化,五、,抑制措施,定子斜槽或者转子斜磁极,减少定子槽开口宽度,定子齿开槽,分数槽,改变极弧宽度,磁极不规则放置,改变磁钢磁化方向,无槽结构,无铁芯绕组,降低气隙磁通密度。,定位力矩抑制措施,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,五、抑制措施定子斜槽或者转子斜磁极定位力矩抑制措施交流永磁同,T,r,比正弦驱动的要大,原因：电势平顶部分小及电感的存在,减小,T,r,的措施,加大电势平顶宽度,电流反馈,正弦波驱动,方波驱动器,五、抑制措施,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,Tr比正弦驱动的要大 减小Tr的措施方波驱动器五、抑制,五、抑制措施,线反电势、电压、电流,超前角控制,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,五、抑制措施线反电势、电压、电流超前角控制交流永磁同步电机理,五、抑制措施,9,Nm,空载,正弦波驱动,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,五、抑制措施9Nm空载正弦波驱动交流永磁同步电机理论-9,五、抑制措施,磁场正弦化设计（不均匀气隙）,保证位置传感正弦化精度,电流反馈,提高电路的线性,正弦波驱动器的抑制措施,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,五、抑制措施 磁场正弦化设计（不均匀气隙）正弦波驱动器的,要求：,1.,下面题目二选一,2.,新、介绍清楚,3. 6,月,1,日前交,报告要求,题目：,1,新型永磁电机介绍,2,新型永磁同步电机控制策略介绍,交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音,要求：报告要求题目：交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机,