无刷电机电磁噪音振动的最主要原因分析和有效解决途径
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改善无刷电机电磁力矩产生的振动和噪声1、斜槽:使铁心槽斜置、使磁钢或充磁呈倾斜状;2、减小磁极间隙变化:对铁心磁极的端部进行直线或者圆弧状切割,使间隙尽量变宽;3、使磁感应正弦波化:采用中间厚两边薄鱼糕状磁钢,使充磁波形正弦波化。
磁钢极向异性化。
4、磁极的宽度和间隔变化:改变铁心极或者磁钢极幅度和间隔,使端部的影响平均化;5、高频化:增加沟数,提高变化频率,使影响程度减小;插入辅助沟、抵消槽的影响:绕线槽会造成磁场能量的变化,用插入辅助沟的方法来抵消这种影响;6、槽和磁极相互配合:选择磁场能量变化少的槽数和磁极数;7、铁心平滑化:如果采用无槽的空心绕线,从原理上讲可以彻底清除磁反应力矩。
控制器造成(控制器为正弦波驱动)1、位置检测器的局限性:这主要归于数字轴编码器所提供的位置信息有限分辨率。
因为编码器是一个比较昂贵的部件,这就需要使用可能的最低方案来减少成本。
一些运行要求可能需要使用特定种类的编码器,比如霍尔效应类型,它仅能提供比较低的分辨率。
这样,这种局限性可能很容易变成永磁驱动系统的量化错误的主要来源,相对于诸如和有限CPU字长及A/D转换器的分辨率等量化错误,它会产生一个更大的转矩波动;2、计算的错误:这主要归于有限的CPU字长。
CPU字长在变量和参数控制中会引起离散化的错误。
另外,逻辑控制中的计算使得上面的错误得以传输和积累。
最后结果会使控制电压或电流偏离理想的正弦值,从而导致转矩波动。
3、非完美的电流检测:理想的电流检测器一般是不存在的,所有电流检测器都有固有的偏差并会产生偏离错误。
因为磁场定位控建立在电流反馈,所以任何的电流检测错误都会直接影响转矩的性能。
定量分析这种影响五一会对启动器的设计带来很大的益处。
PWM开关:这主要是因为使用一个PWM逆变器来产生正弦波形的局限性。
由PWM开关产生的电流会有一个和开关频率相应的高频纹波。
高频纹波电流和电机的反电动势相互作用,从而产生一个高频转矩波动。
电动机的噪音与振动控制技巧近年来,随着工业化的快速发展,电动机在各个领域的应用日益广泛。
然而,电动机在运行中常常会产生噪音和振动,给人们的生活和工作带来不便。
因此,掌握电动机的噪音与振动控制技巧显得尤为重要。
本文将深入探讨电动机噪音与振动控制的各种方法和技术。
一、降低电动机噪音的技巧1. 优化设计:良好的电动机设计是降低噪音的首要因素。
通过合理的结构设计和选择适当的材料,可以减少摩擦、冲击和空气动力学噪音的产生。
同时,也要合理安排设备的布局,尽量减少共振的可能性。
2. 减少机械振动:机械振动是电动机噪音的主要来源之一。
利用合适的减振装置,可以有效减少机械振动的传递和辐射。
常用的减振装置包括橡胶垫、减震脚等。
为了降低振动,还可以使用均布质量、加厚转子、提高轴承精度等方法。
3. 降低电磁噪音:电磁噪音主要由电磁场的变化引起。
通过合理的线圈设计和电磁屏蔽措施,可以有效减少电磁噪音的产生。
另外,注意降低电流的谐波含量和频率,也可以减少电磁噪音。
4. 隔声与吸声:采用隔声与吸声材料,可以有效减少电动机噪音的传播和反射。
常见的隔声材料有吸声板、隔音棉等。
通过布置隔声罩、吸声垫片等,可以进一步降低噪音。
二、控制电动机振动的技巧1. 动平衡处理:电动机的转子在加工和装配过程中难免存在不平衡。
采用动平衡处理,可以有效减少转子振动。
动平衡的方法有静态平衡和动态平衡,根据实际情况选择适合的方法进行处理。
2. 谐振频率的避开:在电动机的运行过程中,避免接近或触发谐振频率。
通过合理的频率分析和调整运行参数,可以减少振动的发生。
3. 引入减振器:对于振动较大的电动机,可以考虑引入减振器。
减振器一般是通过吸收和分散振动能量来减少振动的传递。
常见的减振器包括弹簧减振器、液压减振器等。
4. 加强维护与保养:定期检查和维护电动机,及时更换磨损的零部件,保持电动机良好的工作状态。
定期对电动机进行润滑和冷却,也有助于控制振动的产生。
总结:通过优化设计、减少振动、降低噪音、引入减振器等措施,可以有效控制电动机的噪音和振动。
BLDC直流无刷电机在空调设备中的噪声与振动改善摘要:随着科技的发展和节能环保需求的增加,直流无刷电机(BLDC)在空调设备中的应用越来越广泛。
与传统有刷电机相比,BLDC电机具有更高的效率、更低的能耗和更小的体积,因此在空调设备中具有很大的优势。
然而,BLDC电机在运行过程中产生的噪声与振动问题日益引起了人们的关注。
这些问题不仅影响空调设备的性能,还可能对用户造成不适。
因此,研究BLDC电机在空调设备中的噪声与振动问题具有重要意义。
关键词:BLDC直流;无刷电机;空调设备;噪声;振动改善1 BLDC直流无刷电机在空调设备中的噪声与振动问题分析1.1 BLDC直流无刷电机的工作原理BLDC直流无刷电机是一种采用电子换相技术的电机,其工作原理是通过电子控制器对电机内部的电流进行精确控制,从而使得电机能够按照特定的规律进行旋转。
相比传统的交流异步电机,BLDC直流无刷电机具有高效、低噪音、低振动等优点,因此在空调设备中得到了广泛应用。
BLDC直流无刷电机的工作原理基于永磁体和电磁体之间的相互作用,通过改变电流的方向和大小,实现了电机的正常运转。
同时,BLDC直流无刷电机的结构紧凑,转子内置永磁体,无需外接电源,因此在空调设备中得到了较为广泛的应用。
1.2空调设备中的噪声与振动对人体健康的影响空调设备中的噪声与振动对人体健康会产生多方面的影响。
首先,长期暴露在噪声和振动环境中会导致人的听力受损,甚至引发耳鸣、耳聋等听觉障碍。
其次,噪声和振动还会引起人的情绪波动,导致焦虑、烦躁等不良情绪,严重时还可能引发心理疾病。
此外,噪声和振动还会影响人的睡眠质量,长期处于噪声和振动环境中的人群易出现失眠、多梦等睡眠问题。
因此,减少空调设备的噪声与振动对于维护人体健康具有重要意义。
1.3 BLDC直流无刷电机在空调设备中引起噪声与振动的原因分析BLDC直流无刷电机在空调设备中引起噪声与振动的原因主要包括以下几个方面:首先,电机内部机械运动会产生摩擦和震动,从而引起噪声与振动;其次,电机的电子换相和电流控制也会产生一定的电磁干扰,导致噪声与振动的产生;此外,空调设备的安装环境和结构也会对BLDC直流无刷电机产生的噪声与振动产生影响。
电动机的噪声和振动电机类2007-06-18 22:02:51 阅读140 评论0 字号:大中小订阅通常电动机的噪声和振动是同时发生的。
电动机噪声包括通风噪声、电磁噪声和机械振动噪声。
由于电动机修理操作不当。
造成电机修理后的噪声和振动增大。
原因如下:电机修理后的噪声和振动增大引起原因一、机械方面引起:1、转子固定键未拧紧,有松动现象。
2、未做风扇静平衡,或做的精度不够。
3、转子不平蘅,未做静、动平衡检查。
4、定、转子铁心变形。
5、转轴弯曲,定、转子相擦。
6、地脚固定不稳,安装不正,不牢固。
7、铁心及铁心齿压板松动。
8、零部件加工不同心,装配公差不合理。
9、电动机组装和安装质量不好。
10、端盖、轴承盖螺丝未拧紧,或装偏。
二、电磁方面引起的:1、三相绕组不平蘅。
2、绕组有短路或断路故障。
3、电刷接触不好,压力过大、过小。
刷质不合要求。
4、断笼或端环开裂,松动。
5、改极时,定、转子槽数配合不适合。
6、集电环的短接片与短路环接触不稳定。
7、电源供电质量不好,三相不平蘅,有高次谐波等等。
三、风方面引起:1、风扇有缺陷或损坏,如掉叶、变形、风扇不平衡产生噪声合振动。
2、风扇在轴上固定不牢固。
3、风罩与风叶之间的间隙不合适,过小或偏斜。
4、风路局部堵塞。
三种噪声简易鉴别方法一、通风噪声鉴别法:1、去掉风扇或堵住风口,让电机在无通风气流情况下运转,这时如果电动机噪声消失或显著减弱,则说明是通风噪声引起的。
2、变测量噪声的位置进行鉴别,因为以通风噪声为主的电动机,在电动机进口处和风扇附近处噪声最强。
3、磁噪声和机械噪声有时不稳定,时高时低,而通风噪声通常是稳定的。
4、用外径和型式不同的风扇,在不同转速下试运转,如果电动机噪声有明显差别,则说明电动机噪声主要是通风噪声引起的。
5、械噪声或电磁噪声较大的电动机,往往振动也大,但通风噪声与电动机振动关系不大。
二、机械噪声鉴别法:1、机械噪声与外施电压大小和负载电流无关。
电机在日常工作及家庭生活生产中的广泛应用,伴随着电机的使用,电机电磁的噪音也随之而来,那么要怎么解决呢?1选择合适的定转子槽配合振动阶数较低、幅值较大的力波对电机的振动和噪声起主要作用。
当力波阶数较大时,可以不予考虑;当力波阶数较低,但是产生该力波的磁场谐波次数较大时,磁场幅值小,也可以不予考虑。
因此,从减小力波降低电机噪声来考虑,总是希望力波阶数高一点。
这里主要考虑定转子谐波磁场相互作用的力波阶数小于4 的情况,特别关注齿谐波磁场的作用。
本文以永磁无刷直流电动机为例说明定转子槽的配合能降低电磁噪声。
在永磁无刷直流电动机中,磁极为表面贴磁式,转子没有齿槽,所以电机的齿谐波只有定子齿谐波。
振动力波阶数为:n = ±V式中:为主极磁场谐波次数,为定子谐波次数。
在直流电动机中,空载气隙磁场的波形近似为一平顶波,与感应电机的气隙磁密波形存在较大差别。
通过ANSYS有限元软件,计算得到6 极36槽,6极32槽,6极15 槽三台同规格电机的空载气隙磁场。
由于整数槽电机每极对应的定子齿槽完全相同,而分数槽电机每极对应齿槽位置各不相同。
对于分数槽电机:每极每相为偶数时,主极磁场既有奇数次又有偶数次谐波;每极每相为奇数时,主极磁场只有奇数次谐波[。
由于分数槽电机相比整数槽电机有更多次数的谐波,从而增加了电机的振动和噪声。
为减小电机的电磁噪声,选择合理的极槽配合是很重要的。
2定子斜槽(斜极) 结构定子斜槽或转子斜极会造成径向力波沿电机轴向上发生相位移,使得沿轴向平均径向力降低,从而减小电机的振动和噪声。
3选择合适的绕组结构选择合适的绕组节距和短距线圈可降低磁动势波形中的谐波含量和力波幅值,三相绕组中不存在3 次谐波,起作用的主要是5 次和7 次谐波,要消除5 次和7 次谐波,一般选择节距为整距的5 或6 倍,2 极电机节距则为整距的2 或3 倍。
4气隙大小适当地增大可以减小谐波磁场的幅值,从而减小电磁噪声。
这个板块中关于噪音的问题非常多。
在此我总结了1下,只从最常见发生机率最大也是刚刚开始做无刷最容易忽视的情况做1个分析和有效解决方案,我看好多的噪音求助就属于我下面要说的噪音种类了。
先说这种情况下的原因,解决方案相信大家看完了就应该知道怎么做了。
所有的电动机均呈现某种形式的齿槽效应。
齿槽效应越低电动机转动越平稳。
在电动机和电动机的铁芯结构中的磁体所产生的非均匀磁场形成了齿槽效应:当转子中的磁体切割定子齿时产生磁力。
当磁力从1个齿转到另外1个齿时,磁力帮助或阻止转动,使转子有规律的加速或者减速。
不均匀的磁拉力产生的齿槽效应。
电动机转动不平稳会引起速度脉动和转矩脉动、效率损耗、振动和噪音。
速度脉动是指全过程内的速度变化或者速度波动;而转矩脉动则描述了全过程内的转矩变化,槽中绕铜导线将增加这一效果。
而从1个齿到另外1个齿的不平衡拉力也在转子中产生了径向偏差,根据这一个产生的齿槽效应的强弱,相应幅度的电磁振动和电磁噪音将随之出现。
这种情况在无刷电机中表现最为明显。
根据这个基础在保证满足基本性能要求情况下,调整相关参数或气隙或磁钢磁场强度或者其他,只要是减弱齿槽效应的就可以,相对来说已经做好的电机调气隙是最方便的,直接降低了气隙磁密,这样可以解决或者削弱90%(这里不是说噪音的幅度是说电磁噪音的种类)以上的电磁噪音,只不过需要牺牲其他方面的性能。
具体调整矛盾的程度自己把握控制。
至于为什么,因为不管是电枢结构或者是电磁参数不当或者材料共振频率或者其他原因所形成的电磁振动噪音最终要表现于外时,必须得通过1个途径,那就是气隙。
控制了气隙也就可以直接影响电磁振动。
这里要说明一下电磁振动是电磁噪音的声源,他们本为1体,只不过因为其他相关原因表现出来的幅度不同而已。
这里我有点疑惑,这个相对于做过成熟的无刷设计者来说应该是众所周知了的问题吧?为什么没人把它明白的说出来,这个论坛上我没见到人说,只看见到处的噪音求助和讨论。
改善直流无刷电机电磁噪音的驱动方式改善直流无刷电机电磁噪音的驱动方式1 降低电机电磁噪音的意义噪声直接影响人体的健康,若人们长时间在较强的噪声环境中,会觉得痛苦、难受,甚至使人的耳朵受损,听力下降,甚至死亡。
噪声是现代社会污染环境的三大公害之一。
为了保障人们的身体健康,国际标准化组织(ISO)规定了人们容许噪声的标准。
我国对各类电器的噪声也作出了相应的限制标准。
电机是产生噪声的声源之一,电机在家用电器、汽车、办公室用器具以及工农医等行业广泛地应用着,与人民的生活密切相关。
因此,尽量降低电机的噪音,生产低噪音的电机,给人们创造一个舒适、安静的生活环境是每个设计者与生产者的职责。
2 直流无刷电机噪音形成的原因分析以及传统解决方法引起直流无刷电动机振动和噪声的原因很多,大致可归结为机械噪音和电磁噪音。
2.1 机械噪音的成因以及解决措施2.1.1 直流无刷电机的机械噪音产生的原因(1)轴承噪声。
由于轴承与轴承室尺寸配合不适当,随电机转子一起转动产生噪音。
滚珠的不圆或内部混合杂物,而引起它们间互相碰撞产生振动与噪声。
轴承的预压力取值不当,导致滚道面有微振也会产生噪音。
(2)因转子不平衡而产生的噪声。
(3)装配偏心而引起的噪声。
2.1.2 降低机械噪声应采取下列方法(1)一般应采用密封轴承,防止杂物进入。
(2)轴承在装配时,应退磁清洗,去油污与铁屑。
清洗后的轴承比清洗前的轴承噪声一般会降低2~3dB。
润滑脂要清洁干净,不能含有灰尘、杂质。
(3)轴承外圈与轴承室的配合、内圈与轴的配合,一般不宜太紧。
轴承外圈与轴承室的配合,其径向间隙宜在3~9μm的范围内。
(4)为消除转子的轴向间隙,必须对轴承施加适当的压力。
一般选用波形弹簧垫圈或三点式弹性垫圈,且以放在轴伸端为宜。
(5)使用去重法或加重法进行对转子动不平衡进行修正。
(6)磁钢与输出轴间填充缓冲材,可以吸收转子在换相过程中产生的微小振动,同时避免输出轴与外界负载刚性连接,而把外界振动传递到磁钢,影响励磁所产生的转矩突变。
电机振动噪音的原因及对策摘要:在经济的发展和制造自动化的提高,电动机的用量与日俱增。
尤其是在发电和工业等领域内得到广泛应用,但是由于电机噪音的不合格引起相关产品的振动、噪音问题,会影响电机的可靠性和安全性。
关于电机噪音的研究十分复杂,其中涉及机械振动、物理声学、数学、电磁等多个领域。
根据噪音产生的原因,通常将电机噪音分为电磁噪音、机械噪音和空气动力噪声。
关键词:电机噪音;原因;对策引言振动与噪音是电机重要的技术指标,如何降低电机的振动与噪音是中小型电机行业中普遍存在的问题。
根据噪音产生的原因,通常将电机噪音分为机械噪音、通风噪音和电磁噪音。
1.机械噪音机械噪音是由电机运转部分的摩擦、撞击、不平衡以及结构共振形成的。
还有很大机械噪音都是由轴承引起的。
由于轴承随电机转子一起旋转,因滚珠、内圈、外圈表面的不光滑,它们之间有间隙,滚珠的不圆或内部混合杂物,而引起它们间互相碰撞产生振动与噪声。
其产生的噪声值与滚珠、内外圈沟槽的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差等有很大关系。
有人认为,只要采用精密轴承就可以降低轴承噪声,殊不知使用后,反而使噪声增加。
原因是轴与轴承内圈的配合过紧,使精密轴承的内圈变形大于普通轴承的变形量,因而跳动、振动加大,噪声上升。
所以轴承与轴承室、轴的配合也是非常重要的。
1.1机械噪音的降低对策(1)气隙不均匀及转子同心度差,会产生电磁噪音;需提高制造工艺水平,确保工装以及设备工作状态良好。
(2)定子铁心与机座装配采用的过盈尺寸在装配前进行检测,不应使用过盈配合值偏小,造成定子铁心轴向移动,也不应使用过盈配合值偏大,造成机座存在内应力,在机座止口加工后产生椭圆,影响定转子的同轴度,从而出现电磁噪声和振动现象。
(3)端盖是电机的关键零部件之一,加工精度直接影响电机的运行可靠性,因端盖内孔尺寸变形或端盖与机座装配后挤压造成轴承室变形,轴承压装后造成损伤或变形引起异音。
因此在电机组装前对端盖和机座进行模拟装配,确保轴承室内孔尺寸变形量在0.03mm范围内才可以组装。
电动机振动噪声过大的原因分析与对策摘要:拍振是两个频率接近的力(激励源)产生的振动叠加在一起造成的,由于频率接近,周期也接近,每过一个周期两个信号的相对相位就会有一点变化,接近同相的时候两个信号叠加,幅值变大,接近反相的时候两个信号相互抵消,幅值变小,造成波形总幅值的周期性波动。
关键词:振动异常;拍频(振);噪声1拍频现象简介在现场任意两个振动力频率接近,且两个振动会传递到一起产生叠加,就会发生拍频,又叫拍振。
拍频是两个频率接近的力(激励源)产生的振动叠加在一起造成的,由于频率接近,周期也接近,每过一个周期两个信号的相对相位就会有一点变化,接近同相的时候两个信号叠加,幅值变大,接近反相的时候两个信号相互抵消,幅值变小,造成波形总幅值的周期性波动。
电机运行时,转子在定子内腔旋转,因电磁振动在空间位置上和旋转磁场是同步的,定子电磁振动频率应为旋转磁场频率(f0/P)和电磁力极数(2P)之乘积2f0,也就是2倍的电源频率。
由此可知,电机在正常工作时,机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用,而可能产生振动,振动大小则和旋转力波大小和机座刚度直接有关。
例如:定子三相磁场不对称;定子铁心和定子线圈松动;电动机座底脚螺钉松动。
2.电机振动的原因及处理方法2.1电机机座振动的主要原因及处理方法电机机座在实际运用中产生振动的主要有以下两方面:(1)振动产生大量的激振力;(2)电磁振动所带来的机座振动。
有关工作人员在对其进行详细的了解分析之后,得出结论:轴承座位置的设置对于机座的振动影响也较大,其位置的高低、平整与否会在一定程度上影响轴承带来的振动。
减少机座振动的方法:(1)在铁心与机座之间的连接设置成一种灵活多变的弹性构件,利用这种原理来坚强振动对机座的影响程度;(2)合理控制机座本来的振动频率。
2.2转子不平衡产生的振动及处理方法由于转子的不平衡状态造成的电机振动有以下三种情况:(1)静不平衡,离心力在支座上产生的振动;(2)动不平衡,离心力偶对支座产生相反的反作用力;(3)混合不平衡,电机实际运行时的一种常见状态。
电机振动噪音的原因及解决措施示范文本In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of EachLink To Achieve Risk Control And Planning某某管理中心XX年XX月电机振动噪音的原因及解决措施示范文本使用指引:此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进,同时考虑各个环节之间的关系,每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划,并将危害降低到最小,文档经过下载可进行自定义修改,请根据实际需求进行调整与使用。
电机振动噪音的原因及解决措施一般评估电动机的品质除了运转时之各特性外,以人之五感判断电机振动及电机振动噪音的情形较多。
而电动机产生的电机振动电机振动噪音,主要有:1、机械电机振动电机振动噪音,为转子的不平衡重量,产生相当转数的电机振动。
2、电动机轴承的转动,正常的情形产生自然音,精密小型电动机或高速电动机情形以外,几乎不会有问题。
但轴承自然的电机振动与电动机构成部材料的共振,轴承的轴方向弹簧常数使转子的轴方向电机振动,润滑不良产生摩擦音等问题产生。
3、电刷滑动,具有电刷的DC电动机或整流子电动机,会产生电刷的电机振动噪音。
4、流体电机振动噪音,风扇或转子引起通风电机振动噪音对电动机很难避免,很多情形左右电动机整体的电机振动噪音,除风扇的叶片或铁心的齿引起气笛音外,也有必要注意通风上的共鸣。
5、电磁的电机振动噪音,为磁路的不平衡或不平衡磁力及气隙的电磁力波产生之电机振动噪音,又磁通密度饱和或气隙偏心引起磁的电机振动噪音。
一、机械性电机振动的产生原因与对策1、转子的不平衡电机振动A、原因:·制造时的残留不平衡。
这个板块中关于噪音的问题非常多。
在此我总结了1下,只从最常见发生机率最大也是刚刚开始做无刷最容易忽视的情况做1个分析和有效解决方案,我看好多的噪音求助就属于我下面要说的噪音种类了。
先说这种情况下的原因,解决方案相信大家看完了就应该知道怎么做了。
所有的电动机均呈现某种形式的齿槽效应。
齿槽效应越低电动机转动越平稳。
在电动机和电动机的铁芯结构中的磁体所产生的非均匀磁场形成了齿槽效应:当转子中的磁体切割定子齿时产生磁力。
当磁力从1个齿转到另外1个齿时,磁力帮助或阻止转动,使转子有规律的加速或者减速。
不均匀的磁拉力产生的齿槽效应。
电动机转动不平稳会引起速度脉动和转矩脉动、效率损耗、振动和噪音。
速度脉动是指全过程内的速度变化或者速度波动;而转矩脉动则描述了全过程内的转矩变化,槽中绕铜导线将增加这一效果。
而从1个齿到另外1个齿的不平衡拉力也在转子中产生了径向偏差,根据这一个产生的齿槽效应的强弱,相应幅度的电磁振动和电磁噪音将随之出现。
这种情况在无刷电机中表现最为明显。
根据这个基础在保证满足基本性能要求情况下,调整相关参数或气隙或磁钢磁场强度或者其他,只要是减弱齿槽效应的就可以,相对来说已经做好的电机调气隙是最方便的,直接降低了气隙磁密,这样可以解决或者削弱90%(这里不是说噪音的幅度是说电磁噪音的种类)以上的电磁噪音,只不过需要牺牲其他方面的性能。
具体调整矛盾的程度自己把握控制。
至于为什么,因为不管是电枢结构或者是电磁参数不当或者材料共振频率或者其他原因所形成的电磁振动噪音最终要表现于外时,必须得通过1个途径,那就是气隙。
控制了气隙也就可以直接影响电磁振动。
这里要说明一下电磁振动是电磁噪音的声源,他们本为1体,只不过因为其他相关原因表现出来的幅度不同而已。
这里我有点疑惑,这个相对于做过成熟的无刷设计者来说应该是众所周知了的问题吧?为什么没人把它明白的说出来,这个论坛上我没见到人说,只看见到处的噪音求助和讨论。
强磁无刷哦,比如我拿个例子来说,我以前做了个2.2kw的永磁无刷,磁钢是4mm厚,气隙1.0,做出来的电机那个电磁噪音无法抑制,什么加厚磁轭,什么控制机座的共振频率,什么改齿宽1系列减弱电机因齿槽效应的的方法来改都不行,照样噪音,后来把通过把转子外径车小了,1步1步的做到了1.6气隙才噪音才变没了,好了,这个时候的电机性能拿去和以前的1.0气隙的性能比却没降多少哦,知道为什么没?呵呵,原来是4mm的磁钢太厚了,材料过剩浪费了,就是说设计方案好多都存在输出过剩,设计出来后电机性能比设计的性能高的多哦,所以减了后并不降低多少的,这个样机我后来用了2.5mm的磁钢,气隙1.7mm,绕组稍微补偿了点,结果是性能ok,空载电流才0.14A(原来的空载电流是现在的10倍)负载电流也比原来的低,振动噪音全过。
重申:在这个论坛上叫喊噪音的做无刷电机的估计都是把气隙磁密取的过高来设计电机的,而在强磁电机设计中要想取合适的电机磁密,就只能加大气隙来适应,所以在有些时候能用粘接磁的地方就别用烧结磁了,浪费了。
硬要用烧结磁的话就只要加大气隙,不然产生的振动噪音就n难搞定。
当然有相关特殊要求的的电机不在此列。
小无刷电机或者其他常规电机的情况和大无刷电机的不一样的电机由于在加工过程中所带来的误差造成感应电动势的不完全对称、永磁材料的不一致、电源容量的限制、磁极极弧系数的限制、定子换向过程的影响、工作过程中电机参数的变化等,都会带来转矩的波动。
无刷直流电机转矩脉动根据产生原因的不同可分为非理想反电势波形引起转矩脉动、齿槽转矩脉动、换相转矩脉动等。
1、非理想反电势波形引起转矩脉动:谐波转矩脉动产生的原因由于无刷直流电机反电势不是理想的梯形波,而控制系统仍是按理想的梯形波反电势给电机电枢绕组提供方波电流。
此类转矩脉动解决的办法有两个,一种解决方法是事先通过预测反电动势,采用合适的控制方法寻找最佳的电流波形来消除转矩脉动。
这种最佳电流法能消除非理想反电势引起的转矩脉动,但事先要对反电势进行实时跟踪,且根据测得的反电势快速计算最优电流也不易,可行性不是很好,不能从根本上解决问题。
另一种方法是通过对电机本体定子绕组、气隙齿槽的优化设计,使无刷电机的反电势趋向于理想的反电势波形,从而达到减少电机转矩脉动的目的。
2、齿槽转矩脉动齿槽转矩脉动是由于定子铁心槽齿的存在,使得永磁体与对应的电枢表面的气隙磁导不均匀,当转子旋转时,在一个磁状态内,磁路磁阻发生变化从而引起的转矩脉动。
齿槽转矩脉动与定子电流无关,是电机本身构造所存在的缺陷。
当转矩频率与定子或转子的机械共振频率一致时,齿槽转矩脉动和噪声将被放大,影响电机在速度控制系统中的低速性能,和位置控制系统中的高精度定位。
抑制由齿槽引起的转矩脉动的方法主要集中于优化电机设计上,主要包括:斜槽法、分数槽法、磁性槽楔法、闭口槽法和无齿槽绕组法等。
3、换相转矩脉动换相转矩脉动是方波型无刷直流电机特有的问题。
它是由于电机电枢绕组相电感的延时作用,从而在电机换相时所产生的转矩脉动。
换相转矩脉动的抑制主要有以下四种方法:重叠换相法滞环电流法PWM斩波法电流预测控制2 相数选择无刷直流永磁电动机和永磁同步电动机相似,电枢放置多相绕组,多相绕组由功率电子元件的开关电路供电,不受工频电源限制,电枢绕组相数可在较大范围内选择。
绕组的相数可选二、三、四、五……直至十五相,但用得最多的是三相及四相,五相以上的相数用得较少。
绕组相数选择应该考虑到:绕组的利用程度、电子开关电路的复杂程度及成本、转矩脉动及电子元件应力等,根据不同的使用条件来综合决定相数。
2.1 绕组利用程度在有刷直流电动机运行的任何时刻绕组里所有导体都通电,除换向元件外,都产生转矩。
而在无刷直流电动机运行时绕组是依次一相一相通电(或几相通电)产生转矩,从这个角度看,相数越多,绕组利用程度越低。
文献[2]给出两台三相及四相单极型无刷直流电机对比,两台电机具有相同的尺寸、电压、控制电路布局及铁耗,四相电机转矩密度大9%,用铜量增加36%。
2.2 电子线路复杂程度及成本相数增加,所用开关元件数增加,电路复杂,成本也增高。
2.3 转矩脉动无刷直流电动机转矩脉动比有刷电机大。
相数越多,转矩脉动就越小,研究和实验表明相近的奇数相比偶数相转矩脉动小。
2.4 电子元件的应力在保证不同相数有相同的出力及电压的前提下,随相数增加,每相电流减少,因而元件的电应力减少。
3 极数选择无刷直流电动机的磁极对数p与电机转速n之间不象永磁同步电动机有着如式(1)的严格对应关系(1)式中:f—同步电动机供电频率。
但无刷直流电机转速与极对数(通过反电势)有一定的约束关系,以三相星形桥式六状态电路为例,理想空载转速n0(2)式中:u—电源电压;ΔuT—电子开关电路管压降;W1—相绕组匝数;Kdp—绕组系数;Φδ0—气隙磁通。
在电机主要尺寸确定,选择极对数时,应综合考虑运行性能和经济指标,参照直流电机极对数选择方法作几个方案比较,而不是一个唯一定数。
3.1 极对数与材料利用率若气隙磁密及电枢直径不变,2pΦδ实际不变。
随着极数增加,每极磁通减少,使得电枢轭及定子轭部减少,用铜用铁量减少,所以外转子低速运转无刷电机多数选取极数较多。
3.2极对数与电机效率随着极对数增加,铁芯磁场交变频率增高,铁耗增加,电子器件换向损耗增加。
虽然电枢电流密度不变时,铜耗略有降低,电动机的效率还是随着极对数的增加而降低。
3.3 极对数与电感极对数增多,电枢每相电感减少,对换相有利。
4 槽数选择4.1 整数槽绕组有些资料认为无刷直流电机的槽数应为相数和极对数的整数倍,这是针对微型无刷直流电动机往往采用整距集中绕组而言。
例如二对极三相时槽数应为12。
为了构成多相对称绕组,槽数必须是相数的整数倍,但不一定是极数的整数倍。
随着功率增大或外转子应用,为了改善电机性能,电枢绕组也可以采用分数绕组,z=2pmq(3)式中:q—每极每相槽数,可以为整数,也可以为分数。
4.2 分数槽绕组分数槽绕组的无刷直流电动机,电枢槽数不仅可以不是极数的整数倍,而且槽数可以少于磁极数,只要满足绕组对称条件就能保证各相产生的转矩对称。
常见的分数槽绕组q为一个假分数(4)式中,b为整数,c/d为一不可约的真分数,该种绕组的对称条件及排列方法[3]已介绍。
当z<2p,q为真分数,是否能够组成对称绕组,对称条件又是如何?仔细分析交流绕组的对称条件对q为真分数时依然适用。
可以简洁表述为(5)式中:d与c为无公约数,当d不是m或m的倍数,如果各相绕组彼此位移2c(d为奇数)或c个槽距(d为偶数),则该绕组必定是对称的。
例1:电动自行车用外转子三相无刷直流电机,其定子(电枢)36槽,转子用钕铁硼磁钢,20对极。
则即d=10,c=3,每相绕组彼此位移3个槽,符合对称条件。
三相绕组排列分配如下:A12*31011*12 相1920*212829*30 B78*91314*15 相2526*273435*36 C45*61617*18 相2223*243132*33(注:代表槽内绕组要反接)例2:洗衣机洗涤及脱水用无刷直流电动机,定子(电枢)45槽,外转子用铁氧体磁钢,30对极。
则即d=4,c=1,每相绕组位移一个槽,符合对称条件,三相绕组排列分配如下:A1471013161922 相25283134374043 B3691215182124 相27303336394245 C2581114172023 相262932353841445 绕组的连接三相及多相无刷直流电动机电枢绕组连接方法主要有星形和多边形连接。
下图表示由桥形电路供电五相永磁无刷电机电枢绕组连接图。
其中:SA……SE及表示由晶体管组组成开关电路,WA……WE表示电枢绕组。
图中实线表示星形联接,五相绕组有一个星形中点O。
五相绕组按虚线联接则构成多边形联接。
五相永磁无刷电机电枢绕组连接图多相绕组联接成星形可以有一个中点或多个中点。
例如一个六相绕组,可以将A、B、C、D、E、F各绕组联接一个中点,也可以把A、C、E三相联接成一个中点,再把B、D、F三相联接成另一个中点。
接成多边形也可以有不同的联接次序,例如上述五相电枢绕组可以一次联接,按A-B-C-D-E-A顺序接成五边形,也可分两次联接,按A-C-E-B-D-A顺序接成五角星形。
不同的联接方式,同一种联接方式中点数目不同或联接次序不同,采用适当的通电方式,对电机主要性能没有太大影响,但影响电子开关线路的参数,影响电枢磁势中谐波含量,影响转矩脉动。
6 结语本文分析了无刷直流电动机设计时,对相数、极数、槽数及绕组联接选择应考虑的问题,在遵从一定的基本原则基础上,可以有较多方案选择,明确这些问题对没有成熟设计经验或特殊要求的永磁无刷直流电动机的设计将有所裨益。