1、9 9 永磁同步电机的振动与噪音永磁同步电机的振动与噪音交流永磁同步电机理论交流永磁同步电机理论微特电机与控制研究所交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音目录目录一、一、 振动与噪音机理振动与噪音机理二、定位力矩与噪音二、定位力矩与噪音三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音五、抑制措施五、抑制措施交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理1、电磁噪音、电磁噪音2、机械噪音、机械噪音3、空气动力噪音、空气动力噪音 人耳听觉的声波频率范围大约
2、为人耳听觉的声波频率范围大约为20Hz20kHz， 控制器控制器PWM；定位力；定位力矩；力矩波动；矩；力矩波动；电机轴承；电机电刷；电机轴承；电机电刷；转子不平衡。转子不平衡。 交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音 在频率在频率300一一600赫兹区队赫兹区队80分贝响度级的噪声若每天分贝响度级的噪声若每天连续作用连续作用8小时，实际上不会引起对小时，实际上不会引起对1000一一2000赫兹言语频赫兹言语频率范围内的听觉丧失；率范围内的听觉丧失； 在频率在频率300一一600赫兹区间，赫兹区间，88至至95分贝的噪声响度级分贝的噪声响度级经过经过30年会引起对年会引起对1000
3、赫兹的听觉丧失赫兹的听觉丧失8至至13分贝，对分贝，对2000赫兹的听觉丧失赫兹的听觉丧失13.5至至19分贝；分贝； 在频率在频率1200一一2400赫兹区间，赫兹区间，73分贝的噪声响度圾经分贝的噪声响度圾经过过7年会引起对年会引起对4000赫兹的听觉丧失赫兹的听觉丧失5分贝，而分贝，而83至至88分贝的分贝的响度级经过响度级经过30年会引起对年会引起对4000赫兹的听觉丧失赫兹的听觉丧失 27至至33分贝。分贝。对人的损害：对人的损害：对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音
4、机理zcos0其中其中 气隙磁导谐波次数，气隙磁导谐波次数， =1,2,3,；Z 槽数；槽数；0 磁导常量部分；磁导常量部分；0 次谐波幅值；次谐波幅值； 定子圆周角坐标系自变量。定子圆周角坐标系自变量。气隙磁导：气隙磁导：交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理k 永磁磁动势谐波次数，永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,.；p 极对数；极对数；0 转子在定子圆周角坐标系中的角坐标；转子在定子圆周角坐标系中的角坐标； 转子转速；转子转速；Frk 转子磁动势次谐波幅值。转子磁动势次谐波幅值。)(cos),(0tkpFtFkrkr转子磁势：转子磁势：交
5、流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理Fsv 定子磁动势次谐波幅值；定子磁动势次谐波幅值；v 定子磁动势谐波次数；定子磁动势谐波次数；0 定子磁动势在圆周坐标系中角坐标；定子磁动势在圆周坐标系中角坐标；1 电流基波角频率；电流基波角频率； 电流谐波次数。电流谐波次数。)(cos),(11tpFtFss定子磁势：定子磁势：交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理)(cos)(cos),(011tkpFtpFtFkrksSFtB/)(，022)(tB，)cos(,tN合成磁动势：合成磁动势：气隙磁密：气隙磁
6、密：单位面积力：单位面积力：交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理一、不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是对一、不随时间变化的恒定力波，即零次力波。恒定力波只是对定子铁心产生静压力时铁心产生静变形，不产生振动和噪音定子铁心产生静压力时铁心产生静变形，不产生振动和噪音;二、定子磁动势同次谐波，力波角频率为二、定子磁动势同次谐波，力波角频率为21;三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为2k1;四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ij)1 ;五、转子磁动势不同次谐波
7、力波，角频率为五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(kikj)1 ;六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ikj)1;七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2i1;交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音一、振动与噪音机理一、振动与噪音机理电磁噪音测试最常用的鉴别方法电磁噪音测试最常用的鉴别方法是：是：一、突然断电法。一、突然断电法。二、测振法。二、测振法。三、混合变频判断法。所谓混合变频法是指利用相关仪器辅助三、混合变频判断法。所谓混合变频法是指利用相关仪器辅助人耳鉴别噪音。混合变频鉴别法的
8、辅助设备为一套可变频音响人耳鉴别噪音。混合变频鉴别法的辅助设备为一套可变频音响设备。鉴别时，首先测试电机在恒电压恒转速时的噪音频谱，设备。鉴别时，首先测试电机在恒电压恒转速时的噪音频谱，记录幅值较大的频段，令变频音响设备在这些频段上发出激励记录幅值较大的频段，令变频音响设备在这些频段上发出激励声源，根据同频声波幅值叠加原理，当激励声源与噪音相应频声源，根据同频声波幅值叠加原理，当激励声源与噪音相应频谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音二、二、定位力矩 定位力矩电机不通电时永磁转子受到的磁力矩定
9、位力矩电机不通电时永磁转子受到的磁力矩 引起的原因齿槽和磁滞的存在引起的原因齿槽和磁滞的存在交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音极数极数2P2， 齿数齿数Z3，每周稳定位置数每周稳定位置数 6二、定位力矩二、定位力矩理想磁路下的齿槽力理想磁路下的齿槽力 矩矩TC交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音21WF dG2cosTWTC 最低次数最低次数min每周磁能状态重复次数每周磁能状态重复次数 虚位移方法求取TCmin2PZCC 2P 和和Z的最大公约数的最大公约数487221C129Z88P2 min例： 幅值决定于磁势平方幅值决定于磁势平方F2和磁导和磁导G的的次幅
10、值乘积次幅值乘积交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音二、二、定位力矩缺陷磁路的齿槽力矩缺陷磁路的齿槽力矩 转子有缺陷导致转子有缺陷导致Z次定位力矩次定位力矩定子有缺陷导致定子有缺陷导致2P次定位力矩次定位力矩交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音二、二、定位力矩样机的定位力矩分析样机的定位力矩分析极对数极对数P P齿数齿数Z Z定位力矩定位力矩220220rpmrpm对应的对应的电流频率电流频率 HzHz大电机大电机1010181836.636.6小电机小电机5 59 918.318.3min2PZC18090交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音二、二、
11、定位力矩小电机噪音与电流波形小电机噪音与电流波形 噪音频率为电流频率的噪音频率为电流频率的1818倍倍机械转速的机械转速的9090次次 理想次数啸叫啸叫交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音二、二、定位力矩大大电机噪音与电流波形电机噪音与电流波形 噪音频率为电流频率的噪音频率为电流频率的1818倍倍机械转速的机械转速的180180次次 理想次数啸叫啸叫交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音T1Teir波动力矩波动力矩 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：电动势引起的原因：电动势e和电流和电流 i
12、的波形偏离了理想波形的波形偏离了理想波形三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音三、方波无刷直流电机力矩波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三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音tItItItimmma7sin5sinsin)(751tTtTtTTTemem18sin12sin6sin1812602311117755110mmmmmmmmmemIEIEIEIETtEtEtEtEtemmmma7sin5sin3sinsin)(7531)()()(23113711155716mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT)()()(2351977175
13、1113112mmmmmmmmmmemEEIEEIEEIT得到得到式中式中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三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音力矩波动仿真图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三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音大电机噪音与电流波形 120rpm，10Nm噪音频率为电流频率的6倍振动振动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 (c) T=9 Nm，n162rpm(a)T=0，n=110rpm（b）T=0.5 Nm，n=326rpmP=5（a）电
14、流周期）电流周期18次，噪音频率为次，噪音频率为165Hz。（b） 电流周期电流周期6次，噪音频率为次，噪音频率为163Hz。（c）电流周期）电流周期12次，噪音频率为次，噪音频率为162Hz。 小电机小电机交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音 存在电流偏差存在电流偏差时时 3e i 2 -无波动力矩 122isina sin()b sin()c33r22Ta sin b sin()c sin()33 22 e sin sin() sin()33122 i sin sin() sin()33四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音正弦波驱动正弦波驱
15、动 理想情况理想情况交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音v 存在幅值偏差存在幅值偏差i i r2Ti sin23v 存在相位偏差存在相位偏差 r2Ti cos23v 存在恒定成分存在恒定成分II rTI sin i次谐波成分存在 rTi cos(1) -2P2P -2P2P -P P 四、正弦波无刷直流电机力矩波动与噪音四、正弦波无刷直流电机力矩波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力矩波动力矩波动五、抑制措施五、抑制措施rrNTT10%T正弦波驱动器正弦波驱动器方波驱动器方波驱动器控制器控制器电机本体电机本体rrNTT2%T优化电机系统固有频率优化电机系统
16、固有频率定位力矩定位力矩交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音五、五、抑制措施抑制措施 定子斜槽或者转子斜磁极定子斜槽或者转子斜磁极 减少定子槽开口宽度减少定子槽开口宽度 定子齿开槽定子齿开槽 分数槽分数槽 改变极弧宽度改变极弧宽度 磁极不规则放置磁极不规则放置 改变磁钢磁化方向改变磁钢磁化方向 无槽结构无槽结构 无铁芯绕组无铁芯绕组 降低气隙磁通密度。降低气隙磁通密度。定定位位力力矩矩抑抑制制措措施施交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音 Tr比正弦驱动的要大比正弦驱动的要大 原因：电势平顶部分小及电感的存在原因：电势平顶部分小及电感的存在 减小减小Tr的措施的措施v
17、加大电势平顶宽度加大电势平顶宽度 v电流反馈电流反馈 v正弦波驱动正弦波驱动方波驱动器方波驱动器五、抑制措施五、抑制措施交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音五、抑制措施五、抑制措施线反电势、电压、电流线反电势、电压、电流超前角控制超前角控制交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音五、抑制措施五、抑制措施9Nm空载空载正弦波驱动正弦波驱动交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音五、抑制措施五、抑制措施 磁场正弦化设计（不均匀气隙）磁场正弦化设计（不均匀气隙） 保证位置传感正弦化精度保证位置传感正弦化精度 电流反馈电流反馈 提高电路的线性提高电路的线性 正弦波驱动器的抑制措施正弦波驱动器的抑制措施交流永磁同步电机理论-9 永磁同步电机的振动与噪音要求：要求：1. 下面题目二选一下面题目二选一2. 新、介绍清楚新、介绍清楚3. 6月月1日前交日前交报告要求报告要求题目：题目：1 新型永磁电机介绍新型永磁电机介绍2 新型永磁同步电机控制策略介绍新型永磁同步电机控制策略介绍
