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调速永磁同步电动机的模态分析计算

调速永磁同步电动机的模态分析计算

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作者：王康山东大学

学位级别：硕士

近年来,随着电机驱动控制技术和永磁材料性能的不断提高,调速永磁同步电动机以其理想的伺服驱动性能正广泛地被应用到工业生产和日常生活中。但是永磁同步电机在运行过程中,气隙磁场作用于定子铁心而产生电磁激振力波,从而激发振动和噪... 详细信息

近年来,随着电机驱动控制技术和永磁材料性能的不断提高,调速永磁同步电动机以其理想的伺服驱动性能正广泛地被应用到工业生产和日常生活中。但是永磁同步电机在运行过程中,气隙磁场作用于定子铁心而产生电磁激振力波,从而激发振动和噪声。随着人们对生活环境质量的需求不断提高,振动和噪声问题已经成为了衡量永磁电机产品优劣的一个重要指标,引发了众多学者对其进行深入的研究。作为永磁电机振动和噪声的主要组成部分,电磁振动和噪声同时与电机本体的电磁参数和定转子模态密切相关,这为削弱电机振动和噪声指明了研究方向。通过对永磁同步电机定转子模态的研究,既可以有效地避免电磁力的频率接近或等于定转子的固有频率时发生的共振现象,为进一步降低永磁电机电磁噪声和抑制电机振动提供了重要的参考价值,更是为永磁同步电机的电磁设计和优化提供重要的理论依据。本文以一台7.5kW、6极的调速永磁同步电动机为例,围绕其模态问题进行了系统研究,主要工作具体如下:(1)研究调速永磁同步电动机定子模态特性。本文借助于试验与三维有限元仿真结合的分析方法,系统地研究了定子各个结构部件、材料参数以及结构尺寸参数对定子模态的影响规律,研究共分为五个部分。首先,分析调速永磁同步电机定子铁心的模态特性,得到其各阶模态振型和频率,并分析了定子铁心材料参数、不同设计方式和结构尺寸对其模态振型和频率的影响;其次,研究了定子绕组对定子模态频率的影响,通过对绕组结构进行不同的简化分析进而可以改进定子绕组的有限元建模方式,在此基础上分析绕组的槽满率参数对其模态特性的影响;随后,研究定子机壳和端盖对其模态特性的影响,并比较几种常见机壳材料特性对其的影响以及分析定子结构模态特性;最后,对该样机的定子铁心、绕组以及机壳实物进行模态试验,验证上述三维有限元计算以及部分参数分析影响的准确性。(2)研究定子铁心和机壳模态的简化和等效。首先,研究铁心齿部形状对定子铁心模态的影响,考虑齿尖、梯形槽的影响从而将定子齿部规则化,实现对定子铁心的简化,并将定子铁心等效成环形铁心,与有限元结果进行对比;其次,考虑到定子机壳的复杂性,详细研究定子机壳的各个结构部件包括散热筋、接线盒、底脚对定子机壳模态频率的影响,并将定子机壳等效成环形机壳,与有限元结果进行了对比;最后,将复杂的定子结构等效成由环形铁心和环形机壳组成的双环模型,并通过有限元方法进行验证。(3)研究调速永磁同步电动机转子模态特性。基于转子的三维物理模型,首先,对电机转子结构基本参数进行了概述,通过建立不同的结构模型研究转子铁心和永磁体对其各阶弯曲模态频率的影响;其次,研究自由振动和轴承支承两种不同约束时的转子模态特性,得到转子的各阶弯曲模态频率;最后,研究了转子的外部参数包括陀螺效应、轴承支承刚度以及转子的结构参数的变化对转子弯曲模态频率的影响,为永磁同步电机转子优化设计研究提供理论指导。

关键词：调速永磁同步电动机模态分析绕组简化定子等效转子模态

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电机电磁辐射仿真与抑制方法研究

电机电磁辐射仿真与抑制方法研究

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作者：刘吉夫电子科技大学

学位级别：硕士

电机作为驱动系统的执行部件,在工业、军事等各个方面有着广泛的应用。当电子设备与驱动系统出现在同一应用场景时,电机产生的辐射干扰会对周边电子设备产生较大影响。如在电动汽车中,驱动电机的辐射干扰会耦合到电机控制系统与汽车其... 详细信息

电机作为驱动系统的执行部件,在工业、军事等各个方面有着广泛的应用。当电子设备与驱动系统出现在同一应用场景时,电机产生的辐射干扰会对周边电子设备产生较大影响。如在电动汽车中,驱动电机的辐射干扰会耦合到电机控制系统与汽车其它电子设备中并造成较大影响。因此国家对整车辐射制定了相应的标准。而驱动电机作为整车辐射的主要辐射源之一,其产生的电磁辐射逐渐受到更多关注。针对电机的电磁辐射,本文主要进行了以下研究:（1）由于电机复杂的结构,首先通过理论分析了电机的结构特点与工作原理。接着分析了电机辐射干扰的干扰源与辐射干扰在驱动系统中的主要耦合途径,了解电磁辐射在驱动系统中是如何通过电机向外传播并进入其它设备。同时还分析总结了共模电流与差模电流在电机驱动系统当中的传播路径。最后对常用的几个电机辐射的抑制手段进行了介绍。（2）以永磁同步电机作为研究对象,基于等效线束法将并联的电机绕组简化为单根导体。并计算出简化后单根导体的自感、截面半径等参数,为三维建模的简化提供理论依据。通过电流钳测试三相线中的电流信号,将测试所得信号作为仿真激励源。通过CST线缆工作室对简化前后导体的电场发射进行仿真计算。最后对比计算结果,验证绕组简化的正确性。（3）通过绕组简化后的几何参数,并依据绕组实际缠绕方式建立绕组简化的电机三维模型。通过CST微波工作室,将测试所得三相信号作为激励源,采用有限积分法对电机的电场发射进行仿真计算。并在半波暗室中,通过实验对电机的电场发射进行实际测试。最后根据GB/T 18387-2017对电动汽车整车辐射的标准,将仿真结果与测试结果中0.15-30MHz频段电场发射进行对比。验证建模仿真方法的有效性。（4）通过电磁干扰抑制方法中的滤波与屏蔽来抑制电机产生的辐射干扰。滤波是根据归一化LPF（低通滤波器）设计逆变器的三阶贝塞尔型低通滤波器。通过仿真计算滤波前后电机电场发射并对比,验证滤波器的抑制效果。屏蔽是基于屏蔽理论对电机机壳提出改进方法。通过仿真计算机壳改进前后电机电场发射并对比,验证机壳改进后的屏蔽效果。

关键词：电机电磁辐射绕组简化仿真滤波屏蔽

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