船舶电力推动系统永磁同步电机振动噪声分析和试验验证

摘要

舰船在行进过程中，会产生噪声。主要的噪声来源是其电力推动系统的噪声，包括电机的振动引起的噪声，电网的谐波噪声，发射和接受设备的电磁噪声等。其中，主要的是电动机的振动产生的噪声，会产生很多危害，可能影响到船舶的工作，也给乘务人员带来不便。本文主要是对永磁同步电机进行振动和噪声的有关分析，研究内容包括： 首先，分析了永磁同步电机的噪声产生机理，得到径向电磁力时振动噪声产生的主要来源，建立了径向磁密，切向磁密，径向电磁力，切向电磁力密度的数学模型。运用Ansoft软件，得到气隙磁场波形，根据计算公式，得到径向和切向磁密的波形，并进行了FFT分析；分析了径向电磁力密度，切向电磁力密度及其频谱，归纳了电机内部磁场的主要幅值的谐波，为分析噪声的频率特性提供了理论和仿真依据。 其次，研究分析电机内部影响磁场的构成的因素，本文也对不同齿槽配合时电机内部的磁场进行仿真，分析电机内部谐波组成，以8极24槽，8极36槽，8极48槽为研究对象，进行不同齿槽配合时的电机设计，仿真证明，电机的谐波主要是4次谐波的倍数。电机设计过程中，可以通过上述的设计规则得到电机的谐波特征规律，工程中作为电机选型的重要参考，同时要考虑到电机的齿槽配合产生的谐波和电机的固有频率，避免共振的产生。 根据电机的机械特征和电磁场特征，建立了电机振动分析的机电耦合方程，给出了电机在前6阶的振型；利用Pro/E三维软件，画出电机的三维模型，利用ANSYS进行仿真，得到电机的振动模态云图和各阶数的固有频率，仿真给出了电机的前6阶数的模态云图，作为电机设计的重要参考。在电机设计中，要选择控制方式，避免电机的谐波频率和电机本身固有频率相接近而发生共振，影响电机的正常工作。 最后，设计了基于LabView的永磁同步电机振动和噪声测试软件，实现了对电机的试验测试。采用锤击法进行模态试验，得到电机的固有频率，对比于仿真结果，证明仿真的可靠性。测量了电机在三种不同工作状况下的振动噪声特性，进行频谱分析，给出了电机噪声和振动的主要峰值所在的频率区间，分析了电动机大噪声的频率范围，利用虚拟平台测定的频谱曲线进行特征频率区间标定，也可以用来标定故障频率区间，用于后续的故障诊断。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究工作

第2章 永磁同步电机振动噪声数学建模研究

2.1 永磁同步电机气隙磁场与电磁力波的数学模型

2.2永磁同步电动机定子齿部电磁力分析

2.3永磁同步电机的模态分析

2.4永磁同步电机的振动与噪声场的理论分析

2.5本章小结

第3章永磁同步电机电磁振动和噪声的有限元分析

3.1 有限元分析的仿真流程

3.2 ANSOFT仿真方法分析

3.2 电机的电磁场仿真

3.3 不同极槽配合时的电磁特性

3.4 电机的模态分析

3.5 本章小结

第4章 永磁同步电机振动噪声测试试验

4.1 永磁同步电机振动噪声测试软件设计

4.2电机的模态试验测试方法和试验验证

4.3电机的噪声测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢