永磁同步電機電磁振動分析.pdf

1、永磁同步電機定轉(zhuǎn)子之間存在較強的電磁吸引力,電磁吸引力的切向分量產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,而徑向分量會引起定子變形,當電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,能夠引起電機定子的機械振動。在中小型電機當中,電磁力是引起電機機械振動的主要根源之一。本文將主要針對由于電磁力引起的電機機械振動的相關問題展開研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.利用Ansys下參數(shù)化建模語言,建立了永磁同步電機的電磁和結(jié)構(gòu)弱耦合的有限元模型,在求解過程中只需要輸入電機的相關結(jié)構(gòu)參數(shù)和負載條件

2、,程序能夠自動完成電機電磁力求解,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,求得電機定子上任意一點的振動情況。本文針對一臺12槽8極樣機,對比了仿真和實驗得到的反電勢和振動頻譜,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)的電磁力波對電機定子振動的影響。定子的模態(tài)頻率是電機結(jié)構(gòu)設計的重要參數(shù)之一,因此文中也建立了電機定子的模態(tài)分析模型,對定子的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對模態(tài)頻率的影響進行了研究,并對模態(tài)仿真

3、和實驗結(jié)果進行了分析對比。
　　 2.電機內(nèi)部電磁力的模數(shù)越小,引起的振動就越大。本文分析和推導了不同齒槽配合下的永磁同步電機,其徑向電磁力的模數(shù)和頻率的表達式,并給出了不同繞組配置時電磁力的最小模數(shù)。對工程上常用的十種齒槽配合的永磁同步電機,進行了電磁和結(jié)構(gòu)有限元仿真,驗證了電磁力的模數(shù)和頻率的表達式,同時也通過對這十種不同齒槽配合電機的電磁振動的分析和研究,發(fā)現(xiàn)具有較低模數(shù)的電磁力諧波的電機,其電磁振動較大。
　　

4、3.以12槽8極內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子永磁同步電機為例,研究了定轉(zhuǎn)子設計參數(shù)對電機轉(zhuǎn)矩波動以及主要徑向電磁力諧波的影響,設計參數(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)矩波動和電磁力諧波的大小；增大磁極偏心距對于降低轉(zhuǎn)矩波動最為有效,但同時會使得2倍電頻率下模數(shù)為8的電磁力波大幅增加,而對模數(shù)4的電磁力波的影響與極弧角度相關；減小槽口寬度對于降低轉(zhuǎn)矩波動和模數(shù)較低的電磁力諧波非常有效；增加槽肩高,轉(zhuǎn)矩波動

5、和模數(shù)為8的電磁力波幅度都會增加,而模數(shù)為4的電磁力波會變??；增加隔磁橋?qū)挾瓤梢栽谝欢ǔ潭壬辖档娃D(zhuǎn)矩波動和兩個主要電磁力諧波的幅度,但會使得電機的漏磁增加、輸出轉(zhuǎn)矩下降。
　　 4.分析和對比了永磁同步電機工作于方波和正弦波兩種模式下的電磁振動。方波控制方式下電樞電流包含豐富的電流諧波,這些電流諧波會引起電機電磁力波的加強,從而導致方波控制方式下的振動變大。文中推導了不同次數(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電機振動的影響。
　　 5.由于分數(shù)槽永磁同步電機中存在低模數(shù)的電磁力諧波,其振動水平一般比整數(shù)槽電機的大。針對分數(shù)槽永磁同步電機,本文提出了通過在定子注入補償電流來抵消電機中最小模數(shù)的電磁力諧波,從而抑制電機的電磁振動。針對2倍電頻率下的振動,文中對一臺12槽8極、一臺24槽8極和一臺12槽10極永磁同步電機通過二維電磁和結(jié)構(gòu)有限元仿真,分析了三臺電機的電磁力分布和在有