本文關(guān)鍵詞：變頻供電感應(yīng)電機電磁振動研究　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：感應(yīng)電機的變頻調(diào)速大大拓寬了感應(yīng)電機的應(yīng)用面,但也極大提高了其振動噪聲的控制技術(shù)難度,成為變頻調(diào)速感應(yīng)電機的技術(shù)瓶頸問題,尤其是要求低振動噪聲的應(yīng)用場合。 電磁激振力、空氣流體及機械摩擦是引起電機振動噪聲三大主要的宏觀因素。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速提高時,空氣流體及機械摩擦是引起振動噪聲加劇的主要因素。電磁激振力則受電機齒槽結(jié)構(gòu)、鐵磁材料、轉(zhuǎn)子同心度等眾多因素的影響,尤其對于變頻調(diào)速感應(yīng)電機,定子電流諧波含有大量的高次諧波,成為振動噪聲分析的技術(shù)難點。對于變頻供電感應(yīng)電機的減振降噪,現(xiàn)階段主要從兩個方面進行研究,一方面是電機本體的電磁及結(jié)構(gòu)設(shè)計,另一方面則是變頻器控制策略。 本課題來源于國防科技工業(yè)局科技項目。本文以感應(yīng)電機本體的電磁、結(jié)構(gòu)分析為研究重點,從三個方面對變頻供電感應(yīng)電機電磁振動展丌深入研究。一是利用解析法推導(dǎo)電壓源、磁通密度、電磁激振力及振動的關(guān)系,尤其是變頻供電引起的高次諧波對電機振動產(chǎn)生的影響。二是采用數(shù)值計算法,對變頻供電條件下感應(yīng)電機端部、本體進行瞬態(tài)磁場分析,討論電磁激振力中頻譜分和特征,研究電磁激振力作用于定子鐵芯對振動產(chǎn)生的影響。三是,采用實驗法驗證解析法與數(shù)值計算法的正確性。 本文研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分： 第一部分對電磁力的計算方法進行了簡單的介紹,主要包括洛倫茲力法、麥克斯韋應(yīng)力張量法及虛位移法。其次,根據(jù)經(jīng)典的麥克斯韋應(yīng)力張量法對電磁噪聲的主要振動源——徑向電磁力進行研究。最后,分別推導(dǎo)了正弦供電和變頻供電條件下的徑向電磁力的計算方法。 第二部分采用數(shù)值計算法對變頻供電端部磁場進行研究,以往研究通常采用等效法進行處理,即通過實驗去獲取定子繞組中的電流,將其加載到端部繞組中,進行瞬態(tài)計算。該方法可以避免考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起3維運動渦流場問題,但是在測量過程中不可避免存在誤差。為此,本文自行設(shè)計了一款專用于船用推進動力裝置電磁振動分析的實驗樣機,采用三維場路耦合時步有限元法,考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的影響,聯(lián)立電磁場方程、電路方程及轉(zhuǎn)子運動方程,直接加載電壓源求解瞬態(tài)端部磁場,對比變頻供電端部磁場測量結(jié)果,推斷出變頻供電端部磁場的頻譜特征。 第三部分采用二維場路耦合時步有限元法處理變頻供電感應(yīng)電機本體電磁激振力的計算問題,包括徑向電磁力和切向電磁力。對振動影響較大的徑向電磁力進行了重點研究。首先,分析了正弦供電與變頻供電中定子線電壓、定子相電流、徑向電磁力的頻率特征的異同。其次,驗證了徑向電磁力頻譜中的槽頻成分。再次,討論了不同負載對定子線電壓、定子相電流、徑向電磁力的頻率的影響。最后,分析了開關(guān)頻率對徑向電磁力的影響。 第四部分對變頻供電感應(yīng)電機的定子振動特性進行了分析,提出了一種瞬態(tài)磁—結(jié)構(gòu)間接耦合法處理隨時空變化的非正弦電磁力引起的定子鐵芯振動響應(yīng)問題,通過對比實驗測量的振動加速度頻譜特征,驗證了該方法的可行性。最后,對中等功率異步電機進行了電磁振動實驗研究,獲取的試驗數(shù)據(jù)可用于異步電機參數(shù)匹配性研究,進而為低噪聲異步電機的設(shè)計提供參考,指導(dǎo)工程設(shè)計。
[Abstract]:The variable frequency speed regulation of the induction motor greatly widens the application surface of the induction motor , but also greatly improves the technical difficulty of the vibration noise of the induction motor , and becomes the technical bottleneck problem of the variable frequency speed regulation induction motor , in particular to the application occasions requiring low vibration noise . Electromagnetic excitation force , air fluid and mechanical friction are the main macroscopic factors which cause the vibration noise of the motor . When the rotating speed of the motor is increased , the air fluid and the mechanical friction are the main factors that cause the vibration noise to increase . Especially for the variable - frequency speed - regulating induction motor , the stator current harmonics contain a lot of high - order harmonics and become the technical difficulties of the vibration noise analysis . Based on the analysis of the electromagnetic and structural analysis of induction motor body , this paper studies the electromagnetic vibration of induction motor by means of analytical method . The first is to use the analytical method to derive the influence of voltage source , magnetic flux density , electromagnetic excitation force and vibration . The contents of this paper mainly include the following parts : The first part introduces the calculation method of electromagnetic force , mainly including Lorentz force method , Maxwell stress tensor method and virtual displacement method . Secondly , according to the classical Maxwell stress tensor method , the main vibration source _ radial electromagnetic force of electromagnetic noise is studied . Finally , the calculation method of radial electromagnetic force under sinusoidal power supply and variable frequency power supply is deduced respectively . The second part adopts the numerical calculation method to study the magnetic field of the variable - frequency power supply end part . In the past research , the current in the stator winding is obtained by experiments , and the transient calculation is carried out . The third part deals with the calculation of electromagnetic exciting force of variable - frequency power supply induction motor by using two - dimensional field coupling , including radial electromagnetic force and tangential electromagnetic force . The radial electromagnetic force is studied . Firstly , the influence of different loads on the frequency of stator line voltage , stator phase current and radial electromagnetic force is analyzed . Finally , the influence of different load on the radial electromagnetic force is analyzed . The fourth part analyzes the stator vibration characteristics of the variable frequency power supply induction motor , and puts forward a transient magnetic - structure indirect coupling method to deal with the vibration response of the stator iron core caused by the non - sinusoidal electromagnetic force at any time .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM346

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