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未来5年有望在风电等领....

发布时间:2019-06-26 13:13

  摘 要:径向电磁力是影响永磁同步电机电磁振动噪声的主要原因,提高电磁力波次数、降低电磁力波幅值、让电磁力波频率尽量远离电机固有频率等措施可以有效抑制永磁同步电机的电磁振动噪声。本文即是通过ANSYS Maxwell软件对径向电磁力波进行仿真求解,求解出径向电磁力波随时间、空间的变化,用于对电机径向力波进行优化设计。

  振动、空气动力学噪声和电磁噪声。机械振动、空气动力学噪声已研究出了多种解决方案,但电磁噪声无法彻底消除,是很多永磁同步电机的主要振动噪声源。电磁噪声是由电机气隙磁场中各次谐波磁场作用于电机铁心产生的径向电磁力形成的。如果电磁力的某些阶次谐波频率与电机的固有频率相近,则会产生共振,从而产生较大的振动和噪声,甚至损坏电机。为了在竞争中立于不败之地,控制成本的同时,设计人员在研发初期就应该意识到电磁振动噪声问题,妥善处理力波的阶次和气隙磁密幅值,从源头上降低电磁振动的响应量。

  气隙空间的磁场是一个旋转力波,除了基波分量外,还有高次谐波分量。一般情况下,转子刚度相对较强,定子铁心的径向变形是主要的。定子变形后引起周围空气振动,从而产生噪声。对于永磁同步电机而言,空载和负载时,电磁噪声的主要成分频率是不变的,而幅值是由励磁线圈产生的基波磁场与电枢反应引起的磁场通过矢量合成的。1 径向电磁力

  以一台4极24槽表贴式永磁同步电机为例,基于ANSYS Maxwell R19.1 版本,模型如下图所示。

  打开Caculator后,场计算器如图(5)所示,依图(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)标识序号的顺序,将径向磁密的表达式写入Caculator 栈内。

  点击OK确认后,如图(12)所示,Named Expressions栏将出现如图(13)所示的Br及其表达式。

  气隙处径向电磁力密度是时间和空间的函数,在常规的求解设置之外,需增加如下图(15)、(16)的设置:

  (15) 打开Setup界面,点击Expression Cache,点击Add

  可以看出,如图(21)、(22)所示,空载时,圆周上的径向磁密、径向力波具有明显的周期性。

  以上输出了某一时刻空间的径向力波、某一点任意时刻的径向力波,如果查看径向力波同时与空间、时间的关系,可以采用3D Retangle输出方式:

  本次仿真给出了空载径向力波输出的具体步骤,在次基础上还可以进行其他工况的分析。进一步进行傅里叶分解,进一步在频域查看分析力波幅值和力波阶数对电磁噪声的影响。

  [2]刘回娟.Ansoft Maxwell 13电机电磁场实例分析[M]。北京:国防工业出版社,2014

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