永磁同步电机振动与噪音31页PPT
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Ansys 电机电磁、震动和噪声分析流程ppt课件
• Maxwell 分析模型介绍
• 分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 • 瞬态分析模型的各项设置已经设置好。 • 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。
定子铁心
转子 轴
Phase C Phase B
Phase A Phase C
磁钢
• Maxwell 模型修改
• 软件要求
• 本例中的电磁、震动和噪声的耦合分析，需要需要使用Maxwell V2014 、ANSYS Mechanical R15版本。
• 需要安装ANSYS Workbench ，并且Maxwell、 Mechanical都集成到Workbench 界面中。
• 需要安装并激活 Acoustics ACT 选项
ANSYS 中国
2
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 启动 Maxwell
• 导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 • 启动 Maxwell
• 双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。
• 启动 ANSYS Harmonic response
•双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） •在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。
• ANSYS Harmonic response 单位设置
•点击菜单 Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)
• 激活Acoustics ACT选项 •点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions •在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框
• 分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 • 瞬态分析模型的各项设置已经设置好。 • 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。
定子铁心
转子 轴
Phase C Phase B
Phase A Phase C
磁钢
• Maxwell 模型修改
• 软件要求
• 本例中的电磁、震动和噪声的耦合分析，需要需要使用Maxwell V2014 、ANSYS Mechanical R15版本。
• 需要安装ANSYS Workbench ，并且Maxwell、 Mechanical都集成到Workbench 界面中。
• 需要安装并激活 Acoustics ACT 选项
ANSYS 中国
2
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 启动 Maxwell
• 导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 • 启动 Maxwell
• 双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。
• 启动 ANSYS Harmonic response
•双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） •在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。
• ANSYS Harmonic response 单位设置
•点击菜单 Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)
• 激活Acoustics ACT选项 •点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions •在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框
《永磁同步电机》幻灯片PPT
3 2
N3(iB
iC)
iiN N32
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
PMSM电机的FOC控制策略
考虑变换前后总功率不变，可得匝数比应为 N 3 2
N2 3
可得
ii
21 30
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
坐标系变换矩阵：
C3/2
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2
3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
2 1
2
0 2
iA iB
2
iA iB
3 1 6
0
1 2
i i
PMSM电机的FOC控制策略
〔2〕Park〔2s/2r〕变换
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
V d
2
t
van
0
2
3V d
1 3V d
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
t
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩
电机的噪声和振动专题
端盖的轴向振动主要是由轴承激发的， 其次是作用在定子铁心上的电磁振动力波， 同时也作用在转子上，它会通过轴承传递到 端盖上。 2）另一方面，由于端盖是薄壳结构，轴向 刚度差，它有很多不同阶次的固有频率，容 易引起构件的共振噪声。
4、电刷装置的振动和噪声 电刷的振动噪声 它主要是由于换向片间绝缘沟，换向器表面的 径向跳动，电刷和刷握间的间隙偏大，电刷压 力偏小或是压力施加不当使电刷歪斜以及刷握、 刷架、刷杆、刚度不足等结构和工艺方面的原 因产生的。 电刷的摩擦噪音 电刷和转动的换向器在滑动接触的同时，还在 换向器表面从底层按次序形成氧化亚铜薄膜、 石墨薄膜和碳粉自由体。上述薄膜与换向器之 间的干摩擦产生噪音。 电刷摩擦还跟极性有关
电机的噪声和振动专题
电机中产生的噪声可分为三类：
电磁噪声，是气隙中各谐波磁场引起的交流电磁力， 主要表现在铁心与其相联的机械构件中的振动、共振。 空气动力噪声，例如结构件（如风扇等）在气体中的 旋转，定、转子零件之间的相对运动，空隙中的共振 干扰等 机械噪声，比如轴承和电刷装置等的机械摩擦，周期 或是非周期的机械冲击或振动
三、电机的空气动力噪声 主要由风扇（自通风或是具有外部通风设备的） 和电机转子旋转时所产生的。中小型电机中风扇直 径比转子直径大的多，所以一风扇噪声为主。 1、风扇噪声： 旋转噪声 涡流噪声。 2、转子旋转所产生的噪声 大、中型电机转子铁心径向通风道中放置的间隔 片和穿越通风道的转子线棒。在电机旋转时，也与 离心式风扇叶片一样会产生通风噪声。 另外，电机 转子绕组的端部因为其表面齿槽的存在使空气隙中 的气流受到周期性振荡而产生噪声。
一、电磁噪声
电磁噪声来源于电磁振动，电磁振动则由电机气隙 磁场作用于电机铁心产生的电磁力所激发，而电机气隙又决 定于定、转子绕组磁势和气隙磁导。 由感应电动机气隙磁密波的作用，在定子铁心齿上产 生的磁力有径向和切向两个分量。径向分量使定子铁心产生 的振动变形是电磁噪声的主要来源，切向分量是与电磁转矩 相对应的作用力矩，他使齿对根部弯曲，并产生局部振动变 形，这是电磁噪声的一个次要来源。 为了降低电机振动和噪声，除了减小电磁激振力以外， 还要不使定子和转子的固有振动频率和电磁激振力的频率相 等或相近，否则很小的电磁激振力也会因共振而产生较大的 振动和噪声。
4、电刷装置的振动和噪声 电刷的振动噪声 它主要是由于换向片间绝缘沟，换向器表面的 径向跳动，电刷和刷握间的间隙偏大，电刷压 力偏小或是压力施加不当使电刷歪斜以及刷握、 刷架、刷杆、刚度不足等结构和工艺方面的原 因产生的。 电刷的摩擦噪音 电刷和转动的换向器在滑动接触的同时，还在 换向器表面从底层按次序形成氧化亚铜薄膜、 石墨薄膜和碳粉自由体。上述薄膜与换向器之 间的干摩擦产生噪音。 电刷摩擦还跟极性有关
电机的噪声和振动专题
电机中产生的噪声可分为三类：
电磁噪声，是气隙中各谐波磁场引起的交流电磁力， 主要表现在铁心与其相联的机械构件中的振动、共振。 空气动力噪声，例如结构件（如风扇等）在气体中的 旋转，定、转子零件之间的相对运动，空隙中的共振 干扰等 机械噪声，比如轴承和电刷装置等的机械摩擦，周期 或是非周期的机械冲击或振动
三、电机的空气动力噪声 主要由风扇（自通风或是具有外部通风设备的） 和电机转子旋转时所产生的。中小型电机中风扇直 径比转子直径大的多，所以一风扇噪声为主。 1、风扇噪声： 旋转噪声 涡流噪声。 2、转子旋转所产生的噪声 大、中型电机转子铁心径向通风道中放置的间隔 片和穿越通风道的转子线棒。在电机旋转时，也与 离心式风扇叶片一样会产生通风噪声。 另外，电机 转子绕组的端部因为其表面齿槽的存在使空气隙中 的气流受到周期性振荡而产生噪声。
一、电磁噪声
电磁噪声来源于电磁振动，电磁振动则由电机气隙 磁场作用于电机铁心产生的电磁力所激发，而电机气隙又决 定于定、转子绕组磁势和气隙磁导。 由感应电动机气隙磁密波的作用，在定子铁心齿上产 生的磁力有径向和切向两个分量。径向分量使定子铁心产生 的振动变形是电磁噪声的主要来源，切向分量是与电磁转矩 相对应的作用力矩，他使齿对根部弯曲，并产生局部振动变 形，这是电磁噪声的一个次要来源。 为了降低电机振动和噪声，除了减小电磁激振力以外， 还要不使定子和转子的固有振动频率和电磁激振力的频率相 等或相近，否则很小的电磁激振力也会因共振而产生较大的 振动和噪声。
永磁同步电机的振动与噪音解析PPT课件
3、空气动力噪音
第2页/共31页
对人的损害： 对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。
——在频率300一600赫兹区队80分贝响度级的噪声若每天 连续作用8小时，实际上不会引起对1000一2000赫兹言语频 率范围内的听觉丧失；
——在频率300一600赫兹区间，88至95分贝的噪声响度级经 过30年会引起对1000赫兹的听觉丧失8至13分贝，对2000赫 兹的听觉丧失13.5至19分贝；
100mv/格
20ms/格
（b）T=0.5 N•m，n=326rpm
（a）电流周期18次，噪音频率为165Hz。 （b） 电流周期6次，噪音频率为163Hz。 （c）电流周期12次，噪音频率为162Hz。
小电机
第21页/共31页
四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音
正弦波驱动
• 理想情况
e sin
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
ea (t) ~ Em1 sint Em3 sin 3t Em5 sin 5t Em7 sin 7t
ia (t) ~ Im1 sint Im5 sin 5t Im7 sin 7t 得到 Tem ~ Tem0 T6 sin 6t T12 sin 12t T18 sin 18t
2P 例： Z
C
min
• 最低次数υmin－每周磁能状态重复次数
min
2PZ C
C— 2P 和Z的最大公约数
• 幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ次幅值乘积
第12页/共31页
88 9 12 12 72 48
二、定位力矩 缺陷磁路的齿槽力矩 • 转子有缺陷导致Z次定位力矩 •定子有缺陷导致2P次定位力矩
第13页/共31页
二、定位力矩
永磁同步电机高频振动与噪声研究
永磁同步电机高频振动与噪声研究一、概述永磁同步电机以其高效率、高功率密度及优秀的控制性能，在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域得到了广泛应用。
随着电机运行频率的提高，高频振动与噪声问题日益凸显，成为制约永磁同步电机进一步发展的关键因素。
对永磁同步电机高频振动与噪声的研究具有重要的理论价值和实际意义。
高频振动主要来源于电机内部的电磁力波动、机械结构共振以及材料特性等因素。
这些振动不仅影响电机的稳定运行，还可能导致电机部件的疲劳损坏，降低电机的使用寿命。
同时，高频振动还会引发噪声污染，对人们的生产和生活环境造成不良影响。
针对永磁同步电机高频振动与噪声问题，国内外学者进行了大量的研究。
研究内容包括但不限于电机电磁设计优化、结构动力学分析、振动噪声测试与评估等方面。
通过改进电机电磁设计，优化绕组分布和磁极形状，可以有效降低电磁力波动，从而减少高频振动。
通过结构动力学分析，可以识别出电机的共振频率，进而采取相应的措施避免共振现象的发生。
目前对于永磁同步电机高频振动与噪声的研究仍面临一些挑战。
一方面，电机内部的电磁场和机械结构相互耦合，使得振动与噪声的产生机制复杂多样，难以准确描述和预测。
另一方面，随着电机技术的不断发展，新型材料和先进制造工艺的应用使得电机的振动噪声特性也发生了变化，需要不断更新和完善研究方法和手段。
本文旨在深入研究永磁同步电机高频振动与噪声的产生机理和影响因素，提出有效的抑制措施和优化方案，为永磁同步电机的设计、制造和运行提供理论支持和实践指导。
1. 永磁同步电机概述永磁同步电机，作为电动机和发电机的一种重要类型，以其独特的优势在现代工业中占据着举足轻重的地位。
其核心特点在于利用永磁体来建立励磁磁场，从而实现能量的高效转换。
定子产生旋转磁场，而转子则采用永磁材料制成，这种结构使得永磁同步电机在运行时能够保持稳定的磁场分布，进而实现平稳且高效的能量转换。
永磁同步电机可以分为他励电机和自励电机两种类型，前者从其他电源获得励磁电流，后者则从电机本身获取。
永磁电机 ppt课件
BLDC电机
图1-5 如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变 电流方向的这一动作，就叫做换相（commutation）。注意：何时换相只与 转子的位置有关，而与转速无关。 以上是两相两级无刷电机的工作原理，，下面我们来看三相两极无刷电 机的构造。
直流无刷电机 基本原理
BLDC电机
在了解永磁电机之前，为便于理解永磁电机 工作的基本原理，我们先简要回顾一下电磁感应 方面的一些基本理论及我们比较熟悉的普通三相 异步电动机和单相异步电动机与直流电机的基本 工作原理。通过对比分析，有助于我们快速的掌 握永磁电机的基本工作原理。首先，来了解一下 电磁感应方面的一些基础知识。
即：B=
F IL
B：均匀磁场的磁感强度（T） F：通电导体受到的电磁力（N） I：导体中的电流强度（A） L：导体在磁场中的有效长度（m）
9
3、一匝匝数为N的线圈在磁场中，若与线圈交链
的磁通Φ发生变化，则线圈上会感应出电动势e,称为 电磁感应, e的正方向与Φ符合右手螺旋定则。
E=-N△φ/△t
上式的含义是指，电磁感应的电动势与线圈匝数和磁通的变化率成正比。 负号是指在感应电动势作用下而在线圈里产生的感应电流所产生的Φ′将 逆着Φ变化。
空间对称嵌放。起动绕阻与电容C串联，使起动绕组
电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：
C i2
i i1 i2 i1
A
A
A
ωt Y
BY
BY
B
M
0 45°90°
360°
1～
X
X
X
(a) 电路图
(b) 波形图
t 0 t90 t180
加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。
永磁直流电动机振动和噪声分析
曲和横 向振 动 。设 计 上 采用 非 均 匀 气 隙 、 电枢斜 槽 等 ， 是 减少 磁 通 振 荡 和 振 动 电磁 力 的有 效措 施 。 都
（） ２ 气隙 的不 均 匀 。由 于装 配气 隙不 均 匀 ， 电动 机 运 行 时产生 单边 磁拉 力 ， 作 用 相 当 于 电动 机 转轴 其
！ 节 省 了材 料并 减小 了 电动机体 积 。但在永 磁材 料应 用 中还存 在一 些 问题 ， 电动 机 噪 声 、 动增 大 等 ， 如 振
因此 ， 决这些关 键 问题尤 为 重要 。 解 我 们 首 先 要 判 别 电动 机 的振 动 由何 原 因引 起 的， 即电磁 和机 械 原 因判 定 。 区分 是 电磁 原 因还 是 机械 原 因产 生 的方 法 是将 电动 机 运 转 至最 高 转 速 ，
苗ｕⅡｖ ｏ ．
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… … …
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．
苎
… ２８蔓． ． …Ｏ ！…． Ｏ． 塑 …主
永磁 直 流 电动机 振 动 和 噪声 分 析
严 自新
（ 坛 市 微 特 电 机 有 限 公 司 ， 苏 常州 ２ ３０ ） 金 江 １２０
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅｍａｎ ｒ ａ ｏ ｎ ｅｂ ｓ ｏ ｕｉ ｎ ｏ ｉ ｍｏ ｉｎ ｖ ｂ ａｉｎ ａ ｄ ｎ ｉ ｕ ｉｇ ｔ ｅｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｗ ｒ ｓｒ ｃ ： ｈ ｉ ｅ ｓ ｎ ａ ｄ ｔ ａ ｉ ｓ ｌ ｔ ｆｔ ｓ ｔ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏｓ ｄ ｒ ｒ ｄ ｃｉ ｒ ｃ ｓ ｅ ｅ ｈ ｃ ｏ ｈ ｏ ｏ ｅ ｎ ｈ ｏ
《电机振动标准》课件
2
电机性能监测
讨论如何利用电机振动测试监测电机的性能和运行状态。
3
电机质量评估
探讨通过电机振动测试评估电机质量和可靠性。
总结
总结电机振动的重要性、电机振动标准对设备的保障，以及在实际应用中的 探索和创新。
《电机振动标准》
本课件将介绍电机振动标准，包括概述、对设备的影响，国内外标准对比， 测试方法，应用与案例以及总结。通过本课件，您将全面了解电机振动的重 要性和实际应用。
电机振动概述
了解电机振动的基本概念和原理，并探讨其对设备性能和可靠性的影响。
国内外电机振动标准，包括限值和评估方法。
国外电机振动标准
对比国外电机振动标准，探讨其差异和应用范围。
电机振动测试方法
1 器材准备
介绍进行电机振动测试所需的仪器和设备。
2 测量方法
详细说明进行电机振动测试时的步骤和技巧。
3 测试结果分析
分析电机振动测试结果，解释常见振动异常的可能原因。
应用与案例
1
电机维护与保养
介绍如何利用电机振动测试进行设备的维护和保养。
永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
正弦波驱动
五、抑制措施
空载
9Nm
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
五、抑制措施 正弦波驱动器的抑制措施
磁场正弦化设计（不均匀气隙） 保证位置传感正弦化精度 电流反馈 提高电路的线性
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
6 8 1.0 1.2
Tem/(N.m)
0 24
0
72
144
216
288
360
电角度/（°）
力矩波动仿真图
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
振动
大电机噪音与电流波形 –120rpm，10Nm 噪音频率为电流频率的6倍
f=120Hz
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
式中 T e0 m 2 3 m [E m 1 Im 1 E m 5 Im 5 E m 7 Im 7 E m 1Im 1 1 1 ]
T e6 m 2 3 m [ I m 1 ( E m 7 E m 5 ) I m 5 ( E m 1 1 E m 1 ) I m 7 ( E m 1 3 E m 1 ) ]
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
波动力矩 波动力矩—指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量 引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr 1 eiT
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
e a ( t ) ~ E m 1 s t i E m 3 s n 3 t i E m 5 s n 5 t i E m 7 s n 7 t i n
正弦波驱动
五、抑制措施
空载
9Nm
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
五、抑制措施 正弦波驱动器的抑制措施
磁场正弦化设计（不均匀气隙） 保证位置传感正弦化精度 电流反馈 提高电路的线性
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
6 8 1.0 1.2
Tem/(N.m)
0 24
0
72
144
216
288
360
电角度/（°）
力矩波动仿真图
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
振动
大电机噪音与电流波形 –120rpm，10Nm 噪音频率为电流频率的6倍
f=120Hz
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
式中 T e0 m 2 3 m [E m 1 Im 1 E m 5 Im 5 E m 7 Im 7 E m 1Im 1 1 1 ]
T e6 m 2 3 m [ I m 1 ( E m 7 E m 5 ) I m 5 ( E m 1 1 E m 1 ) I m 7 ( E m 1 3 E m 1 ) ]
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
波动力矩 波动力矩—指令一定下不同转角对应的电磁力矩波动分量 引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr 1 eiT
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
e a ( t ) ~ E m 1 s t i E m 3 s n 3 t i E m 5 s n 5 t i E m 7 s n 7 t i n
永磁同步电机PPT课件
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内 圆之间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，动、稳态性能 好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于
永磁同步电动机
主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转 子式。
转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常 称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电 动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。
供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动 机（简称为无刷直流电动机）和正弦波永磁 同步电动机（简称为永磁同步电动机）。
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
3、爪极式转子磁路结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴
3、爪极式转子磁路结构
左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互相 错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因 而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相互 错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结 构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异步 起动能力，但结构和工艺较为简单。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。