永磁同步电机振动与噪音31页PPT

• Maxwell 分析模型介绍
• 分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 • 瞬态分析模型的各项设置已经设置好。 • 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。
定子铁心
转子 轴
Phase C Phase B
Phase A Phase C
磁钢
• Maxwell 模型修改
• 软件要求
• 本例中的电磁、震动和噪声的耦合分析，需要需要使用Maxwell V2014 、ANSYS Mechanical R15版本。
• 需要安装ANSYS Workbench ，并且Maxwell、 Mechanical都集成到Workbench 界面中。
• 需要安装并激活 Acoustics ACT 选项
ANSYS 中国
2
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 启动 Maxwell
• 导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 • 启动 Maxwell
• 双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。
• 启动 ANSYS Harmonic response
•双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） •在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。
• ANSYS Harmonic response 单位设置
•点击菜单 Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)
• 激活Acoustics ACT选项 •点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions •在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框

3 2
N3(iB
iC)
iiN N32
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
PMSM电机的FOC控制策略
考虑变换前后总功率不变，可得匝数比应为 N 3 2
N2 3
可得
ii
21 30
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
坐标系变换矩阵：
C3/2
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2
3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
2 1
2
0 2
iA iB
2
iA iB
3 1 6
0
1 2
i i
PMSM电机的FOC控制策略
〔2〕Park〔2s/2r〕变换
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
V d
2
t
van
0
2
3V d
1 3V d
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
t
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩

端盖的轴向振动主要是由轴承激发的， 其次是作用在定子铁心上的电磁振动力波， 同时也作用在转子上，它会通过轴承传递到 端盖上。 2）另一方面，由于端盖是薄壳结构，轴向 刚度差，它有很多不同阶次的固有频率，容 易引起构件的共振噪声。
4、电刷装置的振动和噪声 电刷的振动噪声 它主要是由于换向片间绝缘沟，换向器表面的 径向跳动，电刷和刷握间的间隙偏大，电刷压 力偏小或是压力施加不当使电刷歪斜以及刷握、 刷架、刷杆、刚度不足等结构和工艺方面的原 因产生的。 电刷的摩擦噪音 电刷和转动的换向器在滑动接触的同时，还在 换向器表面从底层按次序形成氧化亚铜薄膜、 石墨薄膜和碳粉自由体。上述薄膜与换向器之 间的干摩擦产生噪音。 电刷摩擦还跟极性有关
电机的噪声和振动专题
电机中产生的噪声可分为三类：



电磁噪声，是气隙中各谐波磁场引起的交流电磁力， 主要表现在铁心与其相联的机械构件中的振动、共振。 空气动力噪声，例如结构件（如风扇等）在气体中的 旋转，定、转子零件之间的相对运动，空隙中的共振 干扰等 机械噪声，比如轴承和电刷装置等的机械摩擦，周期 或是非周期的机械冲击或振动
三、电机的空气动力噪声 主要由风扇（自通风或是具有外部通风设备的） 和电机转子旋转时所产生的。中小型电机中风扇直 径比转子直径大的多，所以一风扇噪声为主。 1、风扇噪声： 旋转噪声 涡流噪声。 2、转子旋转所产生的噪声 大、中型电机转子铁心径向通风道中放置的间隔 片和穿越通风道的转子线棒。在电机旋转时，也与 离心式风扇叶片一样会产生通风噪声。 另外，电机 转子绕组的端部因为其表面齿槽的存在使空气隙中 的气流受到周期性振荡而产生噪声。
一、电磁噪声
电磁噪声来源于电磁振动，电磁振动则由电机气隙 磁场作用于电机铁心产生的电磁力所激发，而电机气隙又决 定于定、转子绕组磁势和气隙磁导。 由感应电动机气隙磁密波的作用，在定子铁心齿上产 生的磁力有径向和切向两个分量。径向分量使定子铁心产生 的振动变形是电磁噪声的主要来源，切向分量是与电磁转矩 相对应的作用力矩，他使齿对根部弯曲，并产生局部振动变 形，这是电磁噪声的一个次要来源。 为了降低电机振动和噪声，除了减小电磁激振力以外， 还要不使定子和转子的固有振动频率和电磁激振力的频率相 等或相近，否则很小的电磁激振力也会因共振而产生较大的 振动和噪声。

3、空气动力噪音
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对人的损害： 对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。
——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；
100mv/格
20ms/格
（b）T=0.5 N•m，n=326rpm
（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
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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
e sin
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
ea (t) ~ Em1 sint Em3 sin 3t Em5 sin 5t Em7 sin 7t
ia (t) ~ Im1 sint Im5 sin 5t Im7 sin 7t 得到 Tem ~ Tem0 T6 sin 6t T12 sin 12t T18 sin 18t
2P 例： Z
C
min
• 最低次数υmin－每周磁能状态重复次数
min
2PZ C
C— 2P 和Z的最大公约数
• 幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ次幅值乘积
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88 9 12 12 72 48
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
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二、定位力矩