一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法技术

本发明专利技术公开一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，包括以下步骤：1、读入电机输入数据，判断是否为变频器供电；2、如果否，建立电磁力波场模型；如果是，建立基于变频器供电的电磁力波场模型；计算得到上述不同条件下的时空变化的电磁力波；3、对电磁力波进行分析，提取特征参数，提取磁密谐波来源组合；4、根据电磁力波与电流谐波存在的对应关系、电磁场有限元模型与仿真技术得到不同工况下所需的最佳电流谐波注入方案；5、把上述不同工况下所需的最佳电流谐波注入方案记录在变流器中，根据工况不同调取所需的最佳谐波电流注入电机，为抑制永磁同步电机电磁振动和噪声、提高电机安全、可靠及稳定运行提供有效手段。可靠及稳定运行提供有效手段。可靠及稳定运行提供有效手段。

【技术实现步骤摘要】
一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法


[0001]本专利技术涉及同步电机
，特别涉及一种削弱永磁同步电机特定电磁力波的方法。

技术介绍

[0002]随着电机的振动噪声问题越来越引起重视，电机的振动和噪声会影响机组的使用寿命、运行性能及用户舒适度等，因此，如何抑制电机振动和噪声的需求也越来越多。电磁振动和噪声主要是由电机运行时气隙中谐波磁场相互作用所产生的径向力波引起的。
[0003]传统抑制电磁振动和噪声的方法一方面是从电机设计入手，主要包括以下几种方法：通过定子斜槽或转子斜极使径向力波沿电机轴向方向上发生相位移，从而使得沿电机轴向方向的平均径向力降低，进而减小振动和噪声。又如：选择合适的定子绕组节距，以削弱相带谐波；采用磁性槽楔，以减小气隙磁导谐波；优化极槽配合，以避免齿谐波产生低阶电磁力波等等。但是这些方法不仅存在结构设计和制造工艺复杂、削声降噪的改造周期长、电磁力波抑制效果不佳，制造成本增加等缺点，还会带来诸如：采用定子斜槽或转子斜极会增加电机附加损耗，由于磁性槽楔的机械强度较传统非磁性槽楔的机械强度差，使得机组更容易出现槽楔松动、断裂问题。
[0004]另一方面是通过被动降噪方式，比如加强结构、增加隔音罩、消音棉等方式，虽然这些方法在一定程度上可以降低电机的振动和噪声，但是无法削弱激励源，实践中效果往往有较大的随机性和不确定性，不能精准地削弱特定频次的电磁振动和噪声。
[0005]为此，现有技术中提出了授权公告号为CN105337283A，授权公告日为2016年2月17日的中国专利技术专利文献，来解决上述所存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：
[0006]一种降低电机的振动和噪音的方法、装置、控制器及系统。该方法包括：获取电机的当前运行参数；根据预设的运行参数与谐波电流的幅值及相位角的对应关系，确定该当前运行参数对应的谐波电流的幅值和相位角；将当前运行参数对应的谐波电流注入到所述电机中，以降低所述电机的振动和噪音。由于预先已经设置运行参数与谐波电流的幅值及相位角的对应关系，因此，电机运行过程中，只需要获得电机的当前运行参数，然后根据该对应关系获得该当前运行参数对应的谐波电流的幅值和相位角，直接将当前运行参数对应的谐波电流注入到电机中即可，该方法实施起来简单可行，而且响应速度快，没有延迟，实时性较好。
[0007]上述技术在实际使用过程中，能部分有效地解决电机的振动与噪音的问题，但实践中效果依旧存在随机性和不确定性，该专利技术是通过事先通过完整的试验，逐个工况、逐个注入相位、注入幅值参数下，以类似穷举法的方式，记录电机振动的大小，从而确定在特定工况下，最佳的谐波注入方案。这种方式的缺点是扫描工作量大(多个工况、多种参数组合)；效率低、耗时长；需要一套传感器，增加系统成本；配合要求高(比如如果是风电电机，整个试验过程对风速的平稳性、大小都有要求，如果风速条件达不到，试验将无法完
成)。相比之下，本技术通过计算机仿真，可以在电机设计阶段即可精准地给出最佳注入方案，节约时间成本，同时还考虑了变频器供电情况对电磁振动和噪声的影响。

技术实现思路

[0008]为克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，可为抑制永磁同步电机电磁振动和噪声、提高电机安全、可靠及稳定运行提供有效手段。
[0009]本专利技术提供一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，包括以下步骤：
[0010]S1、先读入电机的输入数据，再根据是否为变频器供电，来进行下一步操作；
[0011]S2、如果否，则建立电磁场有限元模型，根据MAXWELL应力张量理论，计算得到时空变化的电磁力波；
[0012]如果是，则建立变频器供电的电磁场有限元模型，考虑h次时间谐波磁动势产生的磁场与转子磁场相互作用的影响，得到变频器供电条件下的时空变化的电磁力波，所述h次为定子电流谐波次数；
[0013]S3、对得到的电磁力波进行电磁力波二维FFT分析，得到电磁力波频谱提取电磁力特征参数，提取电磁力波的磁密谐波来源组合，所述电磁力波包括径向力波和切向力波；
[0014]S4、根据电磁力波与电流谐波存在的对应关系，在S2中所获得的电磁场有限元模型中，将具有可变相位角和可变幅值的特定频次的谐波电流注入在电机相应运行工况总电流中，作为仿真的边界条件，进行仿真分析，求解分析所关心的电磁力波的幅值，得到不同工况下所需的最佳电流谐波注入方案；
[0015]S5、把上述不同工况下所需的最佳电流谐波注入方案记录在变流器的控制策略中，在不同工况下，根据当前工况调取所需的最佳谐波电流注入方案作为变流器的电流谐波注入方案控制电机。
[0016]进一步的，所述电机的输入数据包括设计尺寸、电磁参数、材料属性。
[0017]进一步的，所述电磁场模型利用FLUX、JMAG或MAXWELL有限元软件建立。
[0018]进一步的，所述变频器供电情况下，谐波磁场来源组合需考虑包括标准正弦波供电条件下引起电磁力波的谐波磁场来源组合、h次时间谐波产生的定子基波磁场与转子基波磁场、h次时间谐波产生的定子谐波磁场与转子基波磁场、h次时间谐波产生的定子基波磁场与转子谐波磁场和h次时间谐波产生的定子谐波磁场与转子谐波磁场。
[0019]进一步的，所述频器供电条件下，径向电磁力波的磁密谐波来源组合具体表达式如下：
[0020][0021]式中，ν、μ——分别定子、转子谐波磁场次数；B
ν
、B
μ
——分别定子、转子谐波磁场；——定转子基波(谐波)相互作用后的合成角度；B0——基波磁场；ω0——基波角频率；Z1——定子齿数；p——极对数；γ——系数；B
h
——h次时间谐波产生的定子谐波磁场；——h次时间谐波产生的定子(基波)谐波磁场与转子谐波磁场相互作用后的合成角度。
[0022]进一步的，所述电磁力波频谱提取电磁力的特征参数包括电磁力波幅值、频率、阶次、转向。
[0023]进一步的，所述提取电磁力波的磁密谐波来源组合，其中电磁力波选取一些次数低、幅值大的电磁力波，当且仅当需要抑制特定的电磁力波时，才选取高阶次的电磁力波。
[0024]进一步的，所述可变相位角为相应运行工况对应的谐波电流的相位角，在0到预设最大相角范围内取值。
[0025]进一步的，所述可变幅值为相应运行工况对应的谐波电流的幅值，在0到预设最大幅值范围内取值。
[0026]进一步的，所述求解分析所关心的电磁力波的幅值的步骤为调节谐波电流的相位角，进行电磁力波的仿真分析，将仿真得到的电磁力波幅值中的最小值对应的谐波电流的相位角作为相应运行工况对应的谐波电流的最佳相位角注入参数，固定上一步所得到的最佳相位角，调节谐波电流的幅值，进行电磁力波的仿真分析，将仿真得到的电磁力波幅值中的最小值对应的谐波电流的幅值作为相应运行工况对应的谐波电流的最佳幅值注入参数，将仿真得到的对应的谐波电流的最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、先读入电机的输入数据，再根据是否为变频器供电，来进行下一步操作；S2、如果否，则建立电磁场有限元模型，根据MAXWELL应力张量理论，计算得到时空变化的电磁力波；如果是，则建立变频器供电的电磁场有限元模型，考虑h次时间谐波磁动势产生的磁场与转子磁场相互作用的影响，得到变频器供电条件下的时空变化的电磁力波，所述h次为定子电流谐波次数；S3、对得到的电磁力波进行电磁力波二维FFT分析，得到电磁力波频谱提取电磁力特征参数，提取电磁力波的磁密谐波来源组合，所述电磁力波包括径向力波和切向力波；S4、根据电磁力波与电流谐波存在的对应关系，在S2中所获得的电磁场有限元模型中，将具有可变相位角和可变幅值的特定频次的谐波电流注入在电机相应运行工况总电流中，作为仿真的边界条件，进行仿真分析，求解分析电磁力波的幅值，得到不同工况下所需的最佳电流谐波注入参数；S5、把上述不同工况下所需的最佳电流谐波注入参数记录在变流器的控制策略中，在不同工况下，根据当前工况调取所需的最佳电流谐波注入参数作为变流器的电流谐波参数控制电机。2.根据权利要求1所述的一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，其特征在于，所述电机的输入数据包括设计尺寸、电磁参数、材料属性。3.根据权利要求1所述的一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，其特征在于，所述电磁场模型利用FLUX、JMAG或MAXWELL有限元软件建立。4.根据权利要求1所述的一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，其特征在于，所述变频器供电情况下，谐波磁场来源组合需考虑包括标准正弦波供电条件下引起电磁力波的谐波磁场来源组合、h次时间谐波产生的定子基波磁场与转子基波磁场、h次时间谐波产生的定子次谐波磁场与转子基波磁场、h次时间谐波产生的定子基波磁场与转子次谐波磁场和h次时间谐波产生的定子谐波磁场与转子谐波磁场。5.根据权利要求4所述的一种削弱特定频次永磁同步电机电磁振动及噪声的方法，其特征在于，所述频器供电条件下，径向电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建富，周光厚，李源，肖翦，刘传坤，钱昌东，饶双全，
申请(专利权)人：东方电气集团东方电机有限公司，
类型：发明
国别省市：