9.永磁同步电机的振动与噪音08解析

§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20Hz~20kHz，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——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一、振动与噪音机理zcos0其中μ—气隙磁导谐波次数，μ=1,2,3,……；Z—槽数；Λ0—磁导常量部分；Λ0—次谐波幅值；Φμ—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k—永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,….；p—极对数；θ0—转子在定子圆周角坐标系中的角坐标；Ω—转子转速；Frk—转子磁动势次谐波幅值。)](cos[),(0tkpFtFkrkr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Fsv—定子磁动势次谐波幅值；v—定子磁动势谐波次数；θ0—定子磁动势在圆周坐标系中角坐标；ω1—电流基波角频率；η—电流谐波次数。])(cos[),(11tpFtFss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)](cos[])(cos[),(011tkpFtpFtFkrksSFtB/)(，022)(tB，)cos(,,tN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2ηω1;三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为2kω1;四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ηi±ηj)ω1;五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ki±kj)ω1;六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ηi±kj)ω1;七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2ηiω1;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：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极数2P＝2，齿数Z＝3，每周稳定位置数υ＝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21WFdG2cosTWTC＝＝•最低次数υmin－每周磁能状态重复次数•虚位移方法求取TCmin2PZCC—2P和Z的最大公约数487221C129Z88P2min例：•幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ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、定位力矩样机的定位力矩分析极对数P齿数Z定位力矩220rpm对应的电流频率Hz大电机101836.6小电机5918.3min2PZC18090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T1Teir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三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音tItItItimmma7sin5sinsin~)(751tTtTtTTTemem18sin12sin6sin~181260][2311117755110mmmmmmmmmemIEIEIEIETtEtEtEtEtemmmma7sin5sin3sinsin~)(7531])()()([23113711155716mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT])()()([23519771751113112mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT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072144216288360024681.01.2电角度/（°）Tem/(N.m)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大电机噪音与电流波形–120rpm，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CurrentsignalNoisesignal100mv/格1A/格20ms/格CurrentsignalNoisesignal100mv/格1A/格20ms/格CurrentsignalNoisesignal100mv/格1A/格20ms/格(c)T=9N•m，n162rpm(a)T=0，n=110rpm（b）T=0.5N•m，n=326rpmP=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•存在电流偏差Δ时3ei2--无波动力矩122isinasin()bsin()c33r22Tasinbsin()csin()3322esinsin()sin()33122isinsin()sin()33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存在幅值偏差Δir2Tisin23存在相位偏差Δθr2Ticos23存在恒定成分ΔIrTIsini次谐波成分存在rTicos(1)--υ＝2P--υ＝2P--υ＝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力矩波动五、抑制措施rrNTT10%T正弦波驱动器方波驱动器控制器电机本体rrNTT2%T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Tr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Tr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9Nm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