永磁同步電機(jī)的振動(dòng)與噪音學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1永磁同步電機(jī)的振動(dòng)永磁同步電機(jī)的振動(dòng)(zhndng)與噪音與噪音第一頁，共31頁。一、 振動(dòng)與噪音機(jī)理二、定位力矩(l j)與噪音三、方波無刷直流電機(jī)力矩(l j)波動(dòng)與噪音四、正弦波無刷直流電機(jī)力矩(l j)波動(dòng)與噪音五、抑制措施第1頁/共31頁第二頁，共31頁。1、電磁噪音(zoyn)2、機(jī)械噪音(zoyn)3、空氣動(dòng)力噪音(zoyn) 人耳聽覺的聲波頻率范圍(fnwi)大約為20Hz20kHz， 控制器PWM；定位力矩；力矩波動(dòng)；電機(jī)軸承；電機(jī)電刷；轉(zhuǎn)子不平衡。 第2頁/共31頁第三頁，共31頁。 在頻率300一600赫茲區(qū)隊(duì)80分貝響度級(jí)的噪聲若每天連續(xù)作用8小時(shí)，實(shí)際上不會(huì)引

2、起對1000一2000赫茲言語頻率范圍內(nèi)的聽覺喪失； 在頻率300一600赫茲區(qū)間，88至95分貝的噪聲響度級(jí)經(jīng)過(jnggu)30年會(huì)引起對1000赫茲的聽覺喪失8至13分貝，對2000赫茲的聽覺喪失13.5至19分貝； 在頻率1200一2400赫茲區(qū)間，73分貝的噪聲響度圾經(jīng)過(jnggu)7年會(huì)引起對4000赫茲的聽覺喪失5分貝，而83至88分貝的響度級(jí)經(jīng)過(jnggu)30年會(huì)引起對4000赫茲的聽覺喪失 27至33分貝。對人的損害(snhi)：對神經(jīng)系統(tǒng)有壞的影響；損害(snhi)人的聽覺。第3頁/共31頁第四頁，共31頁。zcos0其中 氣隙磁導(dǎo)諧波(xi b)次數(shù)， =1,2,3

3、,；Z 槽數(shù)；0 磁導(dǎo)常量部分；0 次諧波(xi b)幅值； 定子圓周角坐標(biāo)系自變量。氣隙磁導(dǎo)：第4頁/共31頁第五頁，共31頁。k 永磁磁動(dòng)勢諧波次數(shù)，k=1,2,3,.；p 極對數(shù)；0 轉(zhuǎn)子在定子(dngz)圓周角坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；Frk 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢次諧波幅值。)(cos),(0tkpFtFkrkr轉(zhuǎn)子(zhun z)磁勢：第5頁/共31頁第六頁，共31頁。Fsv 定子(dngz)磁動(dòng)勢次諧波幅值；v 定子(dngz)磁動(dòng)勢諧波次數(shù)；0 定子(dngz)磁動(dòng)勢在圓周坐標(biāo)系中角坐標(biāo)；1 電流基波角頻率； 電流諧波次數(shù)。)(cos),(11tpFtFss定子(dngz)磁勢：第6頁

4、/共31頁第七頁，共31頁。)(cos)(cos),(011tkpFtpFtFkrksSFtB/)(，022)(tB，)cos(,tN合成(hchng)磁動(dòng)勢：氣隙磁密：單位(dnwi)面積力：第7頁/共31頁第八頁，共31頁。一、不隨時(shí)間變化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是對定子鐵心(ti xn)產(chǎn)生靜壓力時(shí)鐵心(ti xn)產(chǎn)生靜變形，不產(chǎn)生振動(dòng)和噪音;二、定子磁動(dòng)勢同次諧波，力波角頻率為21;三、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢同次諧波，力波角頻率為2k1;四、定子磁動(dòng)勢不同次諧波，力波角頻率為(ij)1 ;五、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不同次諧波力波，角頻率為(kikj)1 ;六、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不同次諧波力波，角頻率為

5、(ikj)1;七、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢同次諧波力波，角頻率為2i1;第8頁/共31頁第九頁，共31頁。電磁噪音測試最常用的鑒別方法是：一、突然斷電法。二、測振法。三、混合變頻判斷法。所謂混合變頻法是指利用相關(guān)儀器輔助人耳鑒別噪音?；旌献冾l鑒別法的輔助設(shè)備為一套可變頻音響設(shè)備。鑒別時(shí)，首先測試電機(jī)在恒電壓恒轉(zhuǎn)速時(shí)的噪音頻譜，記錄幅值較大的頻段(pn dun)，令變頻音響設(shè)備在這些頻段(pn dun)上發(fā)出激勵(lì)聲源，根據(jù)同頻聲波幅值疊加原理，當(dāng)激勵(lì)聲源與噪音相應(yīng)頻譜成分接近或一致時(shí)，人耳會(huì)感覺到噪音被加強(qiáng)。第9頁/共31頁第十頁，共31頁。 定位力矩電機(jī)不通電時(shí)永磁轉(zhuǎn)子受到的磁力矩 引起的原因齒槽和磁滯

6、(c zh)的存在第10頁/共31頁第十一頁，共31頁。極數(shù)2P2， 齒數(shù)Z3，每周穩(wěn)定(wndng)位置數(shù) 6理想(lxing)磁路下的齒槽力 矩TC第11頁/共31頁第十二頁，共31頁。21WF dG2cosTWTC 最低次數(shù)(csh)min每周磁能狀態(tài)重復(fù)次數(shù)(csh) 虛位移方法(fngf)求取TCmin2PZCC 2P 和Z的最大公約數(shù)487221C129Z88P2 min例： 幅值決定于磁勢平方(pngfng)F2和磁導(dǎo)G的次幅值乘積第12頁/共31頁第十三頁，共31頁。缺陷磁路的齒槽力矩 轉(zhuǎn)子(zhun z)有缺陷導(dǎo)致Z次定位力矩定子有缺陷導(dǎo)致2P次定位力矩第13頁/共31頁第十

7、四頁，共31頁。樣機(jī)的定位力矩(l j)分析極對數(shù)極對數(shù)P P齒數(shù)齒數(shù)Z Z定位力矩定位力矩220220rpmrpm對應(yīng)的對應(yīng)的電流頻率電流頻率 HzHz大電機(jī)大電機(jī)1010181836.636.6小電機(jī)小電機(jī)5 59 918.318.3min2PZC18090第14頁/共31頁第十五頁，共31頁。小電機(jī)(dinj)噪音與電流波形 噪音(zoyn)頻率為電流頻率的18倍機(jī)械轉(zhuǎn)速的90次 理想次數(shù)嘯叫第15頁/共31頁第十六頁，共31頁。大電機(jī)噪音(zoyn)與電流波形 噪音頻率為電流頻率的18倍機(jī)械(jxi)轉(zhuǎn)速的180次 理想次數(shù)嘯叫第16頁/共31頁第十七頁，共31頁。T1Teir波動(dòng)力矩

8、 波動(dòng)力矩指令一定下不同轉(zhuǎn)角對應(yīng)的電磁力矩波動(dòng)分量 引起的原因：電動(dòng)勢e和電流(dinli) i 的波形偏離了理想波形第17頁/共31頁第十八頁，共31頁。tItItItimmma7sin5sinsin)(751tTtTtTTTemem18sin12sin6sin1812602311117755110mmmmmmmmmemIEIEIEIETtEtEtEtEtemmmma7sin5sin3sinsin)(7531)()()(23113711155716mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT)()()(23519771751113112mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT得到(d d

9、o)式中第18頁/共31頁第十九頁，共31頁。力矩波動(dòng)(bdng)仿真圖第19頁/共31頁第二十頁，共31頁。大電機(jī)噪音與電流(dinli)波形 120rpm，10Nm噪音頻率(pnl)為電流頻率(pnl)的6倍振動(dòng)f=120Hz第20頁/共31頁第二十一頁，共31頁。 (c) T=9 Nm，n162rpm(a)T=0，n=110rpm（b）T=0.5 Nm，n=326rpmP=5（a）電流周期18次，噪音頻率(pnl)為165Hz。（b） 電流周期6次，噪音頻率(pnl)為163Hz。（c）電流周期12次，噪音頻率(pnl)為162Hz。 小電機(jī)第21頁/共31頁第二十二頁，共31頁。 存在

10、電流(dinli)偏差時(shí) 3e i 2 -無波動(dòng)力矩 122isina sin()b sin()c33r22Ta sin b sin()c sin()33 22 e sin sin() sin()33 122 i sin sin() sin()33正弦波驅(qū)動(dòng)(q dn) 理想情況第22頁/共31頁第二十三頁，共31頁。r2Ti sin23v 存在相位(xingwi)偏差 r2Ti cos23v 存在(cnzi)恒定成分I rTI sin i次諧波成分存在 rTi cos(1) -2P -2P -P 第23頁/共31頁第二十四頁，共31頁。力矩波動(dòng)rrNTT10%T正弦波驅(qū)動(dòng)器方波驅(qū)動(dòng)器控制器電機(jī)本體rrNTT2%T優(yōu)化電機(jī)(dinj)系統(tǒng)固有頻率定位(dngwi)力矩第24頁/共31頁第二十五頁，共31頁。定位力矩(l j)抑制措施第25頁/共31頁第二十六頁，共31頁。Tr比正弦驅(qū)動(dòng)的要大 原因(yunyn)：電勢平頂部分小及電感的存在 減小Tr的措施加大電勢平頂寬度(kund) 電流反饋 正弦波驅(qū)動(dòng)方波驅(qū)動(dòng)器第26頁/共31頁第二十七頁，共31頁。線反電勢(dinsh)、電壓、電流超前角控制(kngzh)第27頁/共31頁第二十八頁，共31頁。9Nm空載(kn zi)正弦波驅(qū)動(dòng)(q dn)第28頁/共31頁第二十九頁，共31頁。 磁場正弦化設(shè)計(jì)(shj)（不均勻