近年來(lái),隨著中高壓電子變頻技術(shù)和超高性能稀土永磁材料的快速發(fā)展,釹鐵硼稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)在新興領(lǐng)域迎來(lái)又一次快速發(fā)展的機(jī)遇。與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕以及良好的動(dòng)態(tài)性能等顯著優(yōu)點(diǎn)。然而,永磁同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲問(wèn)題一直是困擾人們的難題,嚴(yán)重的振動(dòng)噪聲問(wèn)題已成為決定該產(chǎn)品能否穩(wěn)定運(yùn)行和滿足標(biāo)準(zhǔn)限值的關(guān)鍵因素。因此,展開(kāi)針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲的研究、解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、改善其運(yùn)行性能以及拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,可以對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響重大。本文結(jié)合了國(guó)內(nèi)外電動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲的研究現(xiàn)狀,分析了表面式分?jǐn)?shù)槽繞組永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲特性,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行了分析。分別采用了解析法和數(shù)值法計(jì)算氣隙處的徑向磁通密度,且解析解和數(shù)值解具有良好的吻合性;理論推導(dǎo)得出了定子開(kāi)口槽對(duì)氣隙處的徑向磁通密度的影響;研究了氣隙處的徑向電磁力波的次數(shù)和頻率,得出了不同磁場(chǎng)產(chǎn)生的在氣隙處的徑向電磁力波的次數(shù)以及頻率變化的規(guī)律;找出了產(chǎn)生低次數(shù)大幅值徑向電磁力波的磁場(chǎng)諧波力源。(2)對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的固有頻率進(jìn)行了分析。運(yùn)用數(shù)值法計(jì)算了不同的長(zhǎng)度、壁厚、平均直徑、徑厚比、接線盒大小以及接線盒安裝位置的圓柱殼體周向固有頻率,研究了其對(duì)圓柱殼體周向固有頻率的影響;提出了一種考慮徑厚比的計(jì)算圓柱殼體周向固有頻率解析方法,通過(guò)與數(shù)值結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了該解析方法的有效性;提出了考慮模型簡(jiǎn)化剛度誤差的解析公式計(jì)算定子鐵芯和機(jī)殼的周向固有頻率;分別采用解析法、數(shù)值法和實(shí)驗(yàn)法對(duì)定子結(jié)構(gòu)的固有頻率計(jì)算,且解析法考慮了徑厚比、模型簡(jiǎn)化和接線盒存在的剛度誤差以及各部件相互約束等誤差,通過(guò)與數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,其相對(duì)誤差分別在|2.52%|和|7.42%|內(nèi)。(3)對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的流場(chǎng)進(jìn)行了分析。分別對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部空氣流域(考慮氣隙中兩永磁體間的間隔)和風(fēng)扇風(fēng)道流域進(jìn)行流場(chǎng)和噪聲場(chǎng)的耦合計(jì)算,確定了產(chǎn)生較大噪聲的部位,即氣隙中兩永磁體間的間隔和冷卻風(fēng)扇葉輪出口與風(fēng)道的接觸部位。采用5大(48°)/3小極(40°)且3小極連一起的永磁體配置降低永磁同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部空氣流域噪聲,且降低了1.1dB;采用15mm風(fēng)道相對(duì)間隔降低永磁同步電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇風(fēng)道流域噪聲,且減小了1.4dB。確定了冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇風(fēng)道流域的空氣動(dòng)力噪聲和質(zhì)量流量之間的關(guān)系。(4)對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的鐵損諧波對(duì)噪聲的影響進(jìn)行了分析。運(yùn)用數(shù)值法分析了不同的工況、脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulation,PWM)控制變頻器中電壓調(diào)制指數(shù)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器以及控制方式對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)鐵損諧波的影響。結(jié)果表明,表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵損大于空載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵損,且空載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵損大于開(kāi)路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵損;隨著PWM控制變頻器中電壓調(diào)制指數(shù)的減小或者表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的鐵損都會(huì)增大;與硅-絕緣柵雙極型晶體管(Silicon Insulated Gate Bipolar Transistor,Si-IGBT)變頻器勵(lì)磁相比,碳化硅-金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC-MOSFET)變頻器勵(lì)磁可以有效的降低表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的鐵損;與PWM控制相比,脈幅調(diào)制(Pulse-Amplitude Modulation,PAM)控制也可以有效的降低表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的鐵損。且在低鐵損的工況下,由于電壓、電流等諧波含量少,表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的噪聲值也會(huì)降低。(5)對(duì)表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的噪聲進(jìn)行了測(cè)試分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速、開(kāi)關(guān)頻率以及負(fù)載下的聲壓級(jí)頻譜和噪聲值,并得出聲壓級(jí)頻譜主要峰值及頻率。從機(jī)械噪聲源,空氣動(dòng)力噪聲源以及電磁噪聲源3個(gè)方面分析表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因。提出了不同降低表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲的方法:提高同軸度、增加冷卻風(fēng)扇葉片數(shù)、在定子齒中間開(kāi)輔助槽、提高開(kāi)關(guān)頻率、增加定子結(jié)構(gòu)的壁厚、降低電流諧波等。并提出一個(gè)降低表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲的綜合方法(提高同軸度、在定子齒中間開(kāi)輔助槽以及增加定子結(jié)構(gòu)的壁厚)。該方法可使表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)在2000r/min額定轉(zhuǎn)速、4kHz開(kāi)關(guān)頻率以及滿載下的噪聲值降低4.7dB(A);而且在空載時(shí),也會(huì)使表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的尖銳度和響度分別減小0.522acum和6.97sone。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH113.1
【部分圖文】：

圖 1.1 錘擊法電動(dòng)機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)示意圖.1 Schematic diagram on modal experiment of motor with hammering圖 1.2 激振器法電動(dòng)機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)示意圖 Schematic diagram on modal experiment of motor with vibration excit陳述可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)固有頻率進(jìn)行了大量不斷進(jìn)步使人們對(duì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)固有頻率的理解不斷深入。率的研究問(wèn)題還很多，電動(dòng)機(jī)的材料特性、安裝方式、工作率的影響還需要進(jìn)一步研究，建立精度較高、簡(jiǎn)單實(shí)用的繞結(jié)構(gòu)固有頻率研究的難點(diǎn)之一[35-39]。

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文驗(yàn)結(jié)果相比，未浸漆繞組對(duì)定子 2 階固有頻率影響率明顯下降；端部繞組幾乎對(duì)定子的 2 階固有頻率端蓋不僅增加了定子 2 階固有頻率的個(gè)數(shù)還增大了頻率的影響很小，可以忽略不計(jì)。圖 1.1 錘擊法電動(dòng)機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)示意圖chematic diagram on modal experiment of motor with hammer

第 1 章 緒論量區(qū)，即高速，而負(fù)荷又比較小時(shí)，旋轉(zhuǎn)噪聲則占?xì)鈩?dòng)噪噪聲在聲壓級(jí)頻譜上表現(xiàn)為連續(xù)的頻譜。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，在葉頂分離，隨之產(chǎn)生渦流。渦流分離時(shí)會(huì)產(chǎn)生稀疏和壓縮，并以的噪聲就是渦流噪聲。渦流噪聲取決于轉(zhuǎn)子葉片上流過(guò)的相片工作在小流量區(qū)，即低速，而負(fù)荷又比較大時(shí)，渦流噪聲家學(xué)者對(duì)氣動(dòng)噪聲的研究主要從理論、實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值三個(gè)動(dòng)力噪聲在理論上的研究現(xiàn)狀理論研究發(fā)展歷程如圖 1.3 所示。
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本文編號(hào)：2884139