Na hałas elektromagnetyczny stojana w silniku wpływają głównie dwa czynniki: elektromagnetyczna siła wzbudzenia oraz reakcja strukturalna i promieniowanie akustyczne spowodowane odpowiednią siłą wzbudzenia.Przegląd badań.
Profesor ZQZhu z Uniwersytetu w Sheffield w Wielkiej Brytanii itp. zastosował metodę analityczną do badania siły elektromagnetycznej i szumu stojana silnika z magnesami trwałymi, teoretycznego badania siły elektromagnetycznej bezszczotkowego silnika z magnesami trwałymi oraz wibracji stojana silnika z magnesami trwałymi bezszczotkowy silnik prądu stałego z magnesem z 10 biegunami i 9 gniazdami.Badano hałas, teoretycznie badano związek między siłą elektromagnetyczną a szerokością zęba stojana oraz analizowano związek między tętnieniem momentu obrotowego a wynikami optymalizacji wibracji i hałasu.Profesor Tang Renyuan i Song Zhihuan z Politechniki w Shenyang przedstawili kompletną metodę analityczną do badania siły elektromagnetycznej i jej harmonicznych w silniku z magnesami trwałymi, która zapewniła teoretyczne wsparcie dla dalszych badań nad teorią hałasu silnika z magnesami trwałymi.Analizuje się źródło hałasu drgań elektromagnetycznych wokół silnika synchronicznego z magnesami trwałymi zasilanego falą sinusoidalną i przetwornicą częstotliwości, bada się częstotliwość charakterystyczną pola magnetycznego szczeliny powietrznej, normalną siłę elektromagnetyczną i hałas wibracyjny oraz przyczynę momentu obrotowego analizowane jest tętnienie.Pulsację momentu obrotowego symulowano i weryfikowano eksperymentalnie za pomocą elementu. Przeanalizowano pulsację momentu obrotowego w różnych warunkach dopasowania szczelina-biegun, a także wpływ długości szczeliny powietrznej, współczynnika łuku bieguna, kąta fazowania i szerokości szczeliny na pulsację momentu obrotowego .Przeprowadza się model elektromagnetycznej siły promieniowej i siły stycznej oraz odpowiednią symulację modalną, analizuje się siłę elektromagnetyczną i odpowiedź na hałas wibracyjny w dziedzinie częstotliwości, analizuje się model promieniowania akustycznego, przeprowadza się odpowiednią symulację i badania eksperymentalne.Należy zauważyć, że na rysunku pokazano główne tryby pracy stojana silnika z magnesami trwałymi.
Główny tryb silnika z magnesami trwałymi
Technologia optymalizacji struktury korpusu silnikaGłówny strumień magnetyczny w silniku wchodzi do szczeliny powietrznej zasadniczo promieniowo i generuje siły promieniowe na stojanie i wirniku, powodując wibracje elektromagnetyczne i hałas.Jednocześnie generuje moment styczny i siłę osiową, powodując drgania styczne i drgania osiowe.W wielu przypadkach, np. w silnikach asymetrycznych lub silnikach jednofazowych, generowane drgania styczne są bardzo duże i łatwo jest spowodować rezonans elementów podłączonych do silnika, powodując emitowany hałas.Aby obliczyć szum elektromagnetyczny oraz analizować i kontrolować te szumy, konieczna jest znajomość ich źródła, jakim jest fala siłowa generująca wibracje i hałas.Z tego powodu analizę fal sił elektromagnetycznych przeprowadza się poprzez analizę pola magnetycznego szczeliny powietrznej.Zakładając, że fala gęstości strumienia magnetycznego wytwarzana przez stojan wynosi , a fala gęstości strumienia magnetycznegowytwarzany przez wirnik, wówczas ich złożoną falę gęstości strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej można wyrazić w następujący sposób:
Czynniki takie jak rowki stojana i wirnika, rozkład uzwojeń, zniekształcenie kształtu fali prądu wejściowego, wahania przepuszczalności szczeliny powietrznej, mimośrodowość wirnika i to samo niewyważenie mogą prowadzić do odkształceń mechanicznych, a następnie wibracji.Harmoniczne przestrzenne, harmoniczne czasu, harmoniczne szczelinowe, harmoniczne mimośrodu i nasycenie magnetyczne siły magnetomotorycznej generują wyższe harmoniczne siły i momentu obrotowego.Zwłaszcza fala siły promieniowej w silniku prądu przemiennego będzie oddziaływać jednocześnie na stojan i wirnik silnika, powodując zniekształcenie obwodu magnetycznego.Głównym źródłem promieniowania hałasu silnika jest rama stojana i obudowa wirnika.Jeżeli siła promieniowa jest bliska lub równa częstotliwości własnej układu stojana-podstawy silnika, wystąpi rezonans, który spowoduje deformację układu stojana silnika oraz wygeneruje wibracje i hałas akustyczny.W większości przypadków,szum magnetostrykcyjny powodowany przez siłę promieniową o niskiej częstotliwości 2f wyższego rzędu jest pomijalny (f to częstotliwość podstawowa silnika, p to liczba par biegunów silnika).Jednakże siła promieniowa indukowana przez magnetostrykcję może osiągnąć około 50% siły promieniowej indukowanej przez pole magnetyczne szczeliny powietrznej.W przypadku silnika napędzanego przez falownik, ze względu na obecność harmonicznych czasu wyższego rzędu w prądzie uzwojeń stojana, harmoniczne czasu będą generować dodatkowy pulsujący moment obrotowy, który jest zwykle większy niż pulsujący moment obrotowy generowany przez harmoniczne przestrzenne.duży.Ponadto tętnienie napięcia generowane przez prostownik jest również przekazywane do falownika poprzez obwód pośredni, co powoduje powstanie innego rodzaju pulsującego momentu obrotowego.Jeśli chodzi o hałas elektromagnetyczny silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, głównymi czynnikami powodującymi wibracje i hałas silnika są siła Maxwella i siła magnetostrykcyjna.
Charakterystyka drgań stojana silnikaHałas elektromagnetyczny silnika jest nie tylko związany z częstotliwością, porządkiem i amplitudą fali siły elektromagnetycznej generowanej przez pole magnetyczne szczeliny powietrznej, ale także jest związany z naturalnym trybem konstrukcji silnika.Hałas elektromagnetyczny jest generowany głównie przez wibracje stojana i obudowy silnika.Dlatego przewidywanie częstotliwości własnej stojana za pomocą wzorów teoretycznych lub symulacji z wyprzedzeniem oraz rozłożenie częstotliwości siły elektromagnetycznej i częstotliwości drgań własnych stojana jest skutecznym sposobem ograniczenia szumu elektromagnetycznego.Kiedy częstotliwość fali siły promieniowej silnika jest równa lub bliska częstotliwości drgań własnych stojana określonego rzędu, powstaje rezonans.W tym momencie, nawet jeśli amplituda fali siły promieniowej nie jest duża, spowoduje to duże drgania stojana, generując w ten sposób duży szum elektromagnetyczny.W przypadku hałasu silnika najważniejsze jest zbadanie modów naturalnych z wibracjami promieniowymi jako głównymi, rząd osiowy wynosi zero, a kształt modu przestrzennego jest poniżej szóstego rzędu, jak pokazano na rysunku.
Forma wibracji stojana
Analizując charakterystykę drganiową silnika, ze względu na ograniczony wpływ tłumienia na kształt drgań i częstotliwość stojana silnika, można to pominąć.Tłumienie strukturalne to redukcja poziomów drgań w pobliżu częstotliwości rezonansowej poprzez zastosowanie mechanizmu rozpraszania dużej energii, jak pokazano, i jest brane pod uwagę tylko przy częstotliwości rezonansowej lub w jej pobliżu.
efekt tłumienia
Po dodaniu uzwojeń do stojana powierzchnię uzwojeń w żelaznym rowku rdzenia pokrywa się lakierem, papier izolacyjny, lakier i drut miedziany są ze sobą łączone, a papier izolacyjny w rowku jest również ściśle przymocowany do zębów żelaznego rdzenia.Dlatego uzwojenie szczelinowe ma pewną sztywność w rdzeniu żelaznym i nie może być traktowane jako dodatkowa masa.W przypadku stosowania do analizy metody elementów skończonych konieczne jest uzyskanie parametrów charakteryzujących różne właściwości mechaniczne w zależności od materiału uzwojeń w uzębieniu.Podczas realizacji procesu staraj się zapewnić jakość farby zanurzeniowej, zwiększyć napięcie uzwojenia cewki, poprawić szczelność uzwojenia i żelaznego rdzenia, zwiększyć sztywność konstrukcji silnika, zwiększyć częstotliwość własną, aby uniknąć rezonans, zmniejszyć amplitudę wibracji i zmniejszyć fale elektromagnetyczne.hałas.Częstotliwość drgań własnych stojana po wciśnięciu w obudowę różni się od częstotliwości drgań pojedynczego rdzenia stojana.Obudowa może znacznie poprawić częstotliwość stałą konstrukcji stojana, zwłaszcza częstotliwość stałą niskiego rzędu.Wzrost punktów pracy prędkości obrotowej zwiększa trudność uniknięcia rezonansu w konstrukcji silnika.Projektując silnik, należy zminimalizować złożoność konstrukcji płaszcza, a częstotliwość drgań własnych konstrukcji silnika można zwiększyć poprzez odpowiednie zwiększenie grubości płaszcza, aby uniknąć wystąpienia rezonansu.Ponadto bardzo ważne jest rozsądne ustalenie zależności styku pomiędzy rdzeniem stojana a obudową podczas stosowania estymacji metodą elementów skończonych.
Analiza elektromagnetyczna silnikówJako ważny wskaźnik konstrukcji elektromagnetycznej silnika, gęstość magnetyczna może zwykle odzwierciedlać stan pracy silnika.Dlatego w pierwszej kolejności wyodrębniamy i sprawdzamy wartość gęstości magnetycznej, po pierwsze weryfikujemy dokładność symulacji, a po drugie mamy za podstawę do późniejszej ekstrakcji siły elektromagnetycznej.Wyodrębniony diagram chmury gęstości magnetycznej silnika pokazano na poniższym rysunku.
Z mapy chmur widać, że gęstość magnetyczna w miejscu mostka izolacji magnetycznej jest znacznie wyższa niż punkt przegięcia krzywej BH stojana i rdzenia wirnika, co może zapewnić lepszy efekt izolacji magnetycznej.
Krzywa gęstości strumienia szczeliny powietrznejWyodrębnij gęstość magnetyczną szczeliny powietrznej silnika i położenie zęba, narysuj krzywą, a zobaczysz konkretne wartości gęstości magnetycznej szczeliny powietrznej silnika i gęstości magnetycznej zęba.Gęstość magnetyczna zęba to pewna odległość od punktu przegięcia materiału, co przypuszcza się, że jest spowodowane dużą stratą żelaza, gdy silnik jest zaprojektowany na dużą prędkość.
Analiza modalna silnikaW oparciu o model konstrukcji silnika i siatkę zdefiniuj materiał, zdefiniuj rdzeń stojana jako stal konstrukcyjną, zdefiniuj obudowę jako materiał aluminiowy i przeprowadź analizę modalną silnika jako całości.Ogólny tryb pracy silnika uzyskuje się w sposób pokazany na poniższym rysunku.
kształt trybu pierwszego rzędu
kształt trybu drugiego rzędu
kształt trybu trzeciego rzędu
Analiza drgań silnikaAnalizie poddano odpowiedź harmoniczną silnika, a na poniższym rysunku przedstawiono wyniki przyspieszenia drgań przy różnych prędkościach.
Przyspieszenie promieniowe 1000 Hz
Przyspieszenie promieniowe 1500 Hz
Przyspieszenie promieniowe 2000 HzCzas publikacji: 13 czerwca 2022 r