U型单相自起动永磁同步电机电磁振动与噪声研究

摘要

随着时代的发展，永磁电机越来越广泛的应用在工业生产、医疗和日常生活中。U型单相永磁同步电机属于永磁电机中的一种，该电机除了拥有结构简单、运行可靠;使用寿命长、维护方便;价格低廉等永磁电机的共同特点外，它还有不需要其他的辅助设备和电源变换器，仅采用阶梯气隙就可在接通交流电源后实现自起动的特点。由于该电机受其自身的脉振转矩作用，使电机在运行时出现转速波动的现象，同时产生较大的振动和噪声。振动和噪声会导致电机疲劳、缩短使用寿命，甚至危害人的健康，因此对U型单相永磁同步电机振动、噪声的研究具有一定的实际意义。本文从电磁场入手，研究U型单相永磁同步电机的电磁力分布以及振动噪声变化规律。
　　首先，阐述了U型单相永磁同步电机的基本结构、起动原理与运行方式。利用有限元法对该电机进行瞬态磁场计算，基于瞬态磁场提取出定子内径侧磁密，再结合麦克斯韦应力方程，计算定子内径侧电磁力随时间和空间的变化情况，并对其进行二维傅里叶分解，得到电磁力波幅值、谐波次数和时间频率之间的对应关系，确定引起电机振动的主要谐波。
　　其次，利用Workbench分析计算了定子铁芯的模态振型和对应的固有频率，以及定子绕组、永磁转子、不同定子结构对定子铁心固有频率的影响。并通过与电磁力谐波的对比得出，该电机不会发生共振。
　　然后，通过Ansoft和Workbench软件的结合使用，将电磁场仿真计算中得到的定子内径侧的电磁力作为激励源，采用集中加载的方式，加载到定子有限元模型上，进行瞬态动力学分析，求得电机在运转过程中振动位移、振动速度以及加速度的振动变形情况。
　　最后，将三维模型导入声学有限元软件，建立声学网格和场点网格，以获得的振动数据作为激励条件，通过非耦合声学边界元法对该电机的辐射噪声进行仿真计算，得到场点的声压云图，获取场点声压的频响函数曲线。从而确定该电机电磁振动和电磁噪声的变化特征以及分布规律。为以后U型单相永磁同步电机的设计和优化提供参考和依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题相关研究现状

1．2．1 U型单相永磁同步电机研究现状

1．2．2 电磁力波研究现状

1．2．3 电机定子模态研究现状

1．2．4 电机振动与噪声研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 U型单相永磁同步电机电磁振动与噪声理论基础

2．1 电机结构及原理

2．2 电机电磁场边界条件

2．3 电机电磁力计算

2．4 电机模态理论分析

2．5 振动与噪声基本原理

2．5．1 结构动力学分析理论基础

2．5．2 电机噪声理论

2．6 本章小结

第3章 U型单相永磁同步电机电磁场仿真分析

3．1 仿真模型的建立

3．2 电机静态电磁场仿真分析

3．3 电机瞬态电磁场分析

3．3．1 电机起动特性仿真计算

3．3．2 电机定子侧磁密计算

3．3．3 电机定子侧电磁力计算

3．4 本章小结

第4章 U型单相永磁同步电机电磁振动噪声分析

4．1 三维模型建立

4．2 定子系统模态分析

4．2．1 定子绕组对定子固有频率的影响

4．2．2 永磁转子对定子固有频率的影响

4．2．3 不同的定子结构对定子固有频率的影响

4．3 瞬态结构动力学分析

4．3．1 电机电磁力加载

4．3．2 振动响应结果分析

4．4 电机噪声辐射分析

4．4．1 声学边界元分析方法

4．4．2 电机噪声辐射结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢