变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响研究

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变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响探究

变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响探究在电机驱动系统中，永磁电机的应用越来越广泛，因为其具有高效率、高功率密度、静音、小体积等优点。

然而，永磁电机在运行过程中可能会产生振动和噪声，而这些噪声和振动会对系统的稳定性和精度产生重要的影响。

为了减少永磁电机的振动噪声，变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响进行了探究。

一、变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响1. 变频器供电的特点在电机驱动系统中，变频器常被用来调节电机的转速和扭矩，并改善功率因数、提高效率和降低噪声水平。

变频器供电的特点有以下几个方面：（1）输出电压具有高频噪声成分；（2）输出电流具有高频噪声成分和谐波失真；（3）输出电压和电流间存在相位差。

2. 变频器对永磁电机振动的影响变频器对永磁电机振动的影响主要表现在以下几个方面：（1）变频器供电会增加永磁电机的振动和噪声；（2）高频噪声和谐波失真会导致电机绕组温升升高；（3）调制方式和滤波器的结构和参数会影响电机振动和噪声的发生和传播。

二、永磁电机振动噪声的来源1. 机械振动永磁电机的机械振动是由于电机内部的转子和定子间的磁场相互作用，以及电机内部的资料组件（如定子、转子、绕组等）在电磁作用力的作用下发生机械变形所致。

2. 磁场作用力永磁电机的磁场作用力会使得电机的转子和定子产生振动。

3. 磁场不均匀性永磁电机的磁场不均匀性会导致电机内部的部件产生不均匀磨损，使得电机的振动和噪音增加。

三、降低永磁电机振动噪声的方法为了减少永磁电机的振动和噪声，需要采取以下一些方法：1. 采用低噪声的变频器。

在使用变频器时，应选择低噪声、低谐波的变频器。

2. 加装隔振支架。

加装隔振支架可以减少电机的振动和噪声，提高系统的稳定性。

3. 优化电机的设计。

在设计电机时，应从减小振动和噪声的角度出发，采用合适的电机设计和优化方法，优化电机内部的结构和资料选择。

4. 加强电机的维护。

定期对电机进行检修和保养，保证电机的正常运行，减少电机的振动和噪声。

永磁同步电动机电磁振动噪声机理研究

…
一
堕壁皇 …… ２０１３．．墨兰＿４鲎墅塑 …………………………………………… 永磁同步电动机电磁振动噪声机理研究
陈秋明，陈勇
（合肥工业大学，安徽合肥２３０００９）
摘要：利用解析法推导了ＰＷＭ变频器供电的三相永磁同步电动机的气隙磁场和力波的表达式，重点分析了
中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－７０１８（２０１３）０８－０００１－０５
ＳｔｕｄｙｏｎＴｈｅｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏ－ＭａｇｎｅｔｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＮｏｉｓｅｏｆａＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ
声主要有两种方法：一是解析法，所得结果为解析表
达式，形式简洁，能分析对象的内在规律，比较全面，
国内外一直有人采用这种方法；二是数值仿真法，主要利用有限元分析，精度高，但计算量大，对计算机的软硬件要求高。目前，随着计算机技术的发展，有
ＣＨＥＮＱｉｕ－ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮｙ０（ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）

永磁同步电动机振动与噪声特性研究

永磁同步电动机振动与噪声特性研究一、本文概述随着科技的不断进步和环保理念的日益深入人心，永磁同步电动机（PMSM）作为一种高效、环保的驱动方式，已在诸多领域得到了广泛应用。

然而，随着其使用范围的扩大，其振动与噪声问题也逐渐显现，成为了制约其进一步发展的关键因素。

因此，本文旨在深入研究永磁同步电动机的振动与噪声特性，以期为降低其振动与噪声、提高其运行稳定性和可靠性提供理论依据和技术支持。

本文将首先介绍永磁同步电动机的基本原理和结构特点，阐述其振动与噪声产生的机理。

在此基础上，通过理论分析和实验研究相结合的方法，研究永磁同步电动机在不同工况下的振动与噪声特性，探讨其影响因素和变化规律。

本文还将对永磁同步电动机的振动与噪声抑制技术进行研究，提出有效的抑制方法和措施。

本文的研究内容不仅对于提高永磁同步电动机的性能和可靠性具有重要意义，而且对于推动永磁同步电动机的广泛应用和产业发展也具有积极的促进作用。

因此，本文的研究具有重要的理论价值和实践意义。

二、永磁同步电动机的基本原理与结构永磁同步电动机（PMSM）是一种高效、高性能的电动机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业机器人和精密机床等领域。

其基本原理和结构决定了其在振动和噪声特性上的表现。

永磁同步电动机的基本原理基于电磁感应和磁场相互作用。

它利用永磁体产生恒定磁场，作为励磁源，通过控制定子电流的相位和幅值，使定子磁场与转子磁场保持同步旋转。

当定子电流产生的旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用时，会产生电磁转矩，驱动电动机旋转。

永磁同步电动机的结构主要由定子、转子和端盖等部件组成。

定子由铁心和绕组组成，铁心用于固定绕组并提供磁路，绕组则通过电流产生旋转磁场。

转子则主要由永磁体和铁心组成，永磁体提供恒定磁场，铁心则用于增强磁场强度。

端盖则用于固定定子和转子，并提供机械支撑。

在PMSM中，永磁体的使用是关键。

永磁体具有高矫顽力、高剩磁和高磁能积等特点，能够提供稳定的磁场，从而提高电动机的效率和性能。

变频电源供电异步电动机噪声和振动的分析

摘要针对变频电源供电的异步电机中因时间谐波的存在对电机噪声和振动带来的影响
，
变频电源供电异步电动机噪声和振动的分析
进行了分析，提出相应的措施，并进行了样机试验供变频调速异步电机的设计者们参考。关键词变频电源谐波噪声振动
中圈分类号Ｔ３１４文献标识码Ｂ文章编号１０Ｍ０．０８—７８（０６０２１２０）２
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０６—００１３
ＡｎｌｓｓｏｈｉｅａｄＶｉｒｔｎｉｎｕｔｏＯｏａｙｉｆｔｅＮｏｓｎｂａｉｎＩｄｃｉｎＭ［ｔｒｏＦｄｂｒａｌ・ｅｕｎｙＰｗｅｕｐｙｅｙＶａｉｂｅＦｒｑｅｃｏｒＳｐｌ
０引言
近十年来，随着电力电子技术、计算机技术、
一
异步电机的设计者们参考。
１变频供电电源的谐波分析
我们知道，脉宽调制（Ｍ）变频电源是变频调速电机通用的～种电源，它的输出电压和电流
示意波形如图１所示。
自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着场历史『革命，生即交流调速取代直流调速和计
我国对变频电机的研究虽较国外起步晚，但
人们对此十分关心，进行了不少研究工作，门还专召开了一些全国性学术会议，强对交流调速以加的研究，了许多成果并发表了许多相关的论取得
图１电压和电流示意波形图
电源的输出电压波形相当于重复的开关暂态，而不同于正弦交流电压，这个非正弦电压可分
—

变频器对电机影响及解决办法

变频器对电机影响及解决办法变频器是一种用来控制交流电动机转速的设备，通过改变输入电压和频率来实现对电机的精确控制。

但是，变频器使用不当或故障可能对电机造成一些不利影响。

本文将讨论变频器对电机的影响以及相应的解决办法。

首先，变频器可能对电机带来的最常见的影响是温升。

由于变频器提供的电源是脉冲宽度调制（PWM）信号，该信号具有高频率的开关特性。

这可能会导致电机内部的涡流损耗和交变磁通损耗增加，从而使电机温升升高。

高温可能会导致电机绝缘老化和损坏。

为解决这个问题，可以采取以下措施：1.安装外部冷却装置：如风扇、散热器或冷凝器，以增加散热面积，提高热量的散发速度，降低温升。

2.提高电机的绝缘等级：选择具有更高绝缘等级的电机，以提高其耐高温性能。

3.控制变频器输出电压和频率：调整变频器的输出电压和频率，避免过高的功率输出，从而减少电机的负荷，降低温升。

第二个影响是电机振动和噪声。

变频器的调频和调制特性可能会导致电机产生频率和振幅都不稳定的电磁力，进而引起电机振动和噪声。

为减少这种影响，可采取以下措施：1.使用减振装置：在电机和变频器之间添加减振材料或减振支架，以吸收和减少振动的传递。

2.提高变频器的PWM频率：增加PWM频率可以减小电机震动的幅度，但要注意电机和变频器的匹配性。

第三个影响是电机绝缘问题。

由于变频器提供的输出电压为可调节的脉冲信号，其谐波成分可能会对电机绝缘系统产生不利影响。

谐波电压可能会导致局部电场强度增大，从而降低绝缘系统的耐电压能力，引发绝缘失效。

为解决这个问题，可以采取以下措施：1.使用绝缘变频器：选择具有良好绝缘性能的变频器，减少谐波电压对电机绝缘的影响。

2.添加绝缘屏蔽层：在电机绕组和绝缘材料表面添加屏蔽层，以减少外部电场对电机绝缘的影响。

3.定期检测绝缘状态：定期进行绝缘电阻测量，及时发现绝缘问题并采取措施修复。

除了上述影响，变频器还可能对电机造成电磁干扰、电流谐波、轴承磨损等问题。

变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响研究

ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆＰＭｍａｃｈｉｎｅｂｙｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｏｆａｉｒ—ｇａｐｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｏｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｍａｉｎａｉｒ—ｇａｐｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ’Ｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｎｅ．ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｏｎｔｈｅｓｔａｔｏｒｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄｂｙＭａｘｗｅｌｌ’Ｓｌａｗ，ｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅ３Ｄｓｏｕｎｄｆｉｅｌｄｂｙｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｎｏｉｓｅｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
∑Ａ（ｏ，￡）＝∑Ｆｋｃｏｓ（ｖ０一ｋｏＪｎｔ一妒，）。（６）
式（５）为永磁电机中定子基波电流产生的定子
谐波磁动势。式（６）为变频器供电条件下，由时间
谐波电流产生的定子谐波磁动势。由文献［６］可知，当定子开槽时气隙比磁导近似地可以表示为
Ａ（ｐ，ｆ）＝铷ｏ＋∑Ａ”
（７）
式中：Ａ。为气隙比磁导的不变部分；∑Ａ。．为定子
第１４卷第３期２０１０年３月
电机与控制学报
ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ
Ｖ０１．１４Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１０
变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响研究
唐任远，宋志环，于慎波，郝雪莉，王巍
（沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心，辽宁沈阳１Ｗａｖｅｆｏｒｍｏｆａｉｒ－ｇａｐｎｍｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｂｙｓｉｎｅｗａｖｅ

永磁同步电机高频振动与噪声研究

永磁同步电机高频振动与噪声研究一、概述永磁同步电机以其高效率、高功率密度及优秀的控制性能，在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域得到了广泛应用。

随着电机运行频率的提高，高频振动与噪声问题日益凸显，成为制约永磁同步电机进一步发展的关键因素。

对永磁同步电机高频振动与噪声的研究具有重要的理论价值和实际意义。

高频振动主要来源于电机内部的电磁力波动、机械结构共振以及材料特性等因素。

这些振动不仅影响电机的稳定运行，还可能导致电机部件的疲劳损坏，降低电机的使用寿命。

同时，高频振动还会引发噪声污染，对人们的生产和生活环境造成不良影响。

针对永磁同步电机高频振动与噪声问题，国内外学者进行了大量的研究。

研究内容包括但不限于电机电磁设计优化、结构动力学分析、振动噪声测试与评估等方面。

通过改进电机电磁设计，优化绕组分布和磁极形状，可以有效降低电磁力波动，从而减少高频振动。

通过结构动力学分析，可以识别出电机的共振频率，进而采取相应的措施避免共振现象的发生。

目前对于永磁同步电机高频振动与噪声的研究仍面临一些挑战。

一方面，电机内部的电磁场和机械结构相互耦合，使得振动与噪声的产生机制复杂多样，难以准确描述和预测。

另一方面，随着电机技术的不断发展，新型材料和先进制造工艺的应用使得电机的振动噪声特性也发生了变化，需要不断更新和完善研究方法和手段。

本文旨在深入研究永磁同步电机高频振动与噪声的产生机理和影响因素，提出有效的抑制措施和优化方案，为永磁同步电机的设计、制造和运行提供理论支持和实践指导。

1. 永磁同步电机概述永磁同步电机，作为电动机和发电机的一种重要类型，以其独特的优势在现代工业中占据着举足轻重的地位。

其核心特点在于利用永磁体来建立励磁磁场，从而实现能量的高效转换。

定子产生旋转磁场，而转子则采用永磁材料制成，这种结构使得永磁同步电机在运行时能够保持稳定的磁场分布，进而实现平稳且高效的能量转换。

永磁同步电机可以分为他励电机和自励电机两种类型，前者从其他电源获得励磁电流，后者则从电机本身获取。

电机噪声与振动控制技术研究

电机噪声与振动控制技术研究人们每天都会与各种各样的电机设备打交道，从家用电器到工业机械，无处不在的电机噪声和振动成为我们生活中无法忽视的问题。

电机噪声和振动会给人们的健康和生活质量带来负面影响，因此研究电机噪声与振动控制技术变得越来越重要。

电机噪声和振动主要是由于电动机的结构、工作状态以及与外部环境之间的相互作用引起的。

电机的机械振动可以通过机械结构的优化设计来减小，例如采用合适的结构材料、降低电机的共振频率等。

同时，电机的电磁噪声也是一种常见的问题，主要来源于电机转子的不平衡、电机绕组的电流波动以及电机内部的电磁干扰等。

为了减少电磁噪声，可以采用合适的电磁屏蔽措施、使用低噪声材料以及优化电机的绕组设计等。

在电机噪声和振动控制技术的研究中，一种常用的方法是主动控制技术。

主动控制技术通过在电机上加装传感器、执行器和控制系统等来实时感知电机的振动和噪声情况，并采取相应的控制策略来抑制或消除它们。

例如，可以通过在电机上安装振动传感器，实时监测电机的振动情况，并根据监测结果调整电机的工作参数或应用振动控制算法来减少振动。

此外，被动控制技术也是电机噪声和振动控制中常用的方法之一。

被动控制技术主要通过结构增强和材料改善来减小电机的振动和噪声。

例如，可以在电机的外壳内部加入吸音材料或减振材料，通过吸音和减振效果来降低噪声和振动。

同时，也可以通过调整电机的工作参数、改变电机的机械结构或改变电机的转速等来减小振动。

除了主动控制和被动控制技术之外，一些新兴的技术也被应用在电机噪声和振动控制中。

例如，智能控制技术可以根据电机的实时工作状态和外部环境条件，自动调整电机的工作参数以实现最佳的噪声和振动控制效果。

另外，人工智能技术也可以应用在电机噪声和振动控制中，通过模型预测和自适应控制算法来实现精确的控制效果。

除了技术手段的不断发展，标准和法规的制定也对电机噪声和振动控制起着重要的引导作用。

各个国家和地区都制定了相应的标准和法规，对电机噪声和振动进行了要求和规范。

探究基于阶次分析的永磁同步电机噪声源识别

测永磁同步电机的共振区域。故此，文章主要选择
１）永磁同步电机噪声存在明显的阶次特性，含加速工况的噪声展开噪声源识别。借助上述加速工
有偶数阶谐波噪声、对应噪声峰值频率为电源频率况下噪声，可得到加速工况下永磁同步电机噪声Ａ
的偶数倍；２）变频器开关频率９０００Ｈｚ为中心，附计权声压级时频图，详细如下图２所示。
收稿日期：２０１８－０４－０２基金项目：国家重点研发计划资助（２０１７ＹＦＢ０１０２４００）作者简介：于莫岩（１９９２－），女，辽宁丹东人，硕士研究生，研究方向：新能源汽车振动噪声，手机：１５２０２２１７５５２，Ｅｍａｉｌ：１５２０２２１７５５２＠１６３．ｃｏｍ；通讯作者：刘茜（１９７１－），女，天津人，副教授，研究方向：汽车电子及液压系统，Ｅｍａｉｌ：ｌｑｉｆｒｅｅｄｏｍ＠１６３．ｃｏｍ．
在确定研究对象后，对测试台展开分析，具体的测试台结构如下图１所示，按照图１所构建的测试台，保障电机转轴与测功机相连接，并借助夹紧片对定子进行固定，具体固定到的位置在定位圈。且转轴的２端通过轴承支撑在支座上，为避免测试现场声音过于巨大，测试中运用隔音罩进行隔音。
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１永磁同步电机噪声实验及分析
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针对永磁同步电机的基本情况，展开对永磁同步电机噪声实验分析，实验的目的是，在多工况条件下，对永磁同步电机的噪声信号进行测定，并对具体噪声特征进行研究，为发生机理分析提供基础。现本文以某一具体型号的永磁同步电机为研究对象，其具体参数如下表１所示。
表１某一具体型号永磁同步电机参数
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高性能变频调速设备的噪声与振动控制研究

高性能变频调速设备的噪声与振动控制研究摘要：随着科技的发展和工业化的推进，高性能变频调速设备在各个领域得到广泛应用。

然而，由于其工作原理和结构特点，变频调速设备在运行过程中产生的噪声和振动对设备的可靠性和工作环境的舒适度造成了很大影响。

因此，研究和控制变频调速设备的噪声与振动问题具有重要的理论和实际意义。

本文围绕高性能变频调速设备的噪声与振动控制问题展开研究，从噪声与振动的产生机理、评价标准、控制方法等方面进行了详细分析和探讨。

关键词：高性能变频调速设备、噪声、振动、控制方法一、引言高性能变频调速设备作为一种常用的工业运动控制设备，在电力、化工、机械、交通等领域具有广泛的应用。

然而，这类设备在运行过程中产生的噪声和振动问题日益凸显。

一方面，噪声和振动会对设备的可靠性和性能造成影响，降低设备的使用寿命；另一方面，噪声和振动也会对工作环境中的人员产生危害，影响工作效率和健康。

因此，研究和控制高性能变频调速设备的噪声与振动问题具有重要的理论和实际意义。

二、噪声与振动的产生机理高性能变频调速设备在运行过程中产生的噪声和振动主要源于以下几个方面：1. 机械运动部分的振动：变频调速设备的转子运动会产生机械振动，其中的轴承传动、齿轮传动等组件的振动是主要的振动源；2. 电器部分的噪声：由于变频调速设备中的开关器件、电源等电器元件的工作，会产生高频噪声；3. 气体和液体传动部分的噪声：液力耦合器、齿轮箱等液体传动装置的流体振动和噪声也是造成噪声和振动的重要原因。

三、噪声与振动的评价标准对于高性能变频调速设备的噪声与振动控制，必须建立科学合理的评价标准。

目前，常用的评价标准有国际标准和国家标准两种。

1. 国际标准：国际标准化组织（ISO）制定了一系列关于噪声和振动评价的标准，如ISO 3744-2010《声学-测量噪声源-工程方法》；2. 国家标准：在我国，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合制定了一些与噪声和振动评价有关的标准，如GB 1234-2000《机械设备的噪声通用技术条件》。

永磁同步电机发出噪声怎么回事

永磁同步电机发出噪声怎么回事永磁同步电机发出噪声怎么回事。

永磁同步电机由于其高功率密度和高效率的特点得到了越来越广泛的应用，尤其是加工容易、容错性能好等一系列优点，近几年在新能源汽车领域有着压倒性的市场占有率，因此，分析该类电机的噪声问题成为电动车Benchmark测试中一项重要的工作，而小编对永磁同步电机的噪声源分布也极为感兴趣，今天就带着大家来一探究竟。

对于永磁同步电机（以下简称电机）的噪声来说，无非是以下两类：1、机械噪声转子转动不平衡、轴承等因素造成；2、电磁噪声定子内表面的电磁力，转子偏心及电流谐波等因素造成。

下面以一个6极9槽永磁同步电机为例，逐步解析其噪声源。

噪声测试点布置在离电机中心正上方35cm处，采集加速工况的过程如下：先将电机稳定在1500r/min，然后匀加速上升至5000r/min，测得如下阶次图。

根据上图，可将其主要的噪声分为以下5类（图中数字与下列噪声序号对应），然后就由两位噪声源大哥来认领各自的兄弟了。

1) 分数阶噪声：幅值比较大的包括3.2和4.8阶噪声；2) 6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72和78阶噪声；3) 7、8、17、19、20、35、37、38和43阶噪声；4) 以开关频率（9000Hz）为中心的阶次噪声，主要有：（k=1、2、3和4）5) 共振噪声：比较明显的共振区域分三段：1180~1389Hz、2411~2822Hz和3200~3425Hz。

下面就通过分析将上述五种噪声进行来源归类。

机械噪声直观想，电机内部的滚动轴承是机械噪声源之一。

上图中轴承常见的阶次噪声包括外圈的通过频率，表征滚珠通过内滚道时产生的冲击特征，通常由以下公式表达（以下公式省略一万字…）总而言之，根据电机所用轴承属性，计算得到对应的外圈通过频率为4.8阶和3.2阶，因此，第①类噪声属滚动轴承阶次噪声。

再者，能看到上述第⑤类噪声，表现为频率区间，显然是由其他阶次噪声对应的激励频率与结构模态频率靠近而引起的共振辐射的噪声，能量较高，占电机噪声的主导。

永磁同步电机的振动控制研究

永磁同步电机的振动控制研究摘要：永磁同步电机是一种新型的动力设备，被应用在生产活动中，可以提供强大的动力支持。

受结构特点的影响，永磁同步电机运行中会产生振动噪声，严重影响使用效果。

所以，要加强振动噪声控制策略的研究，了解振动噪声产生原因，并采取行之有效的措施，保证系统稳定、高效地运行。

关键词：永磁同步电机；振动控制；研究1永磁同步电机概述永磁同步电机的工作原理是能量之间转化，满足人们对电能的需求，而励磁电流是永磁同步电机运行的动力来源。

一是直流发电机供电的励磁方式，从本质上来看，借助滑环生成直流电流，比较简单。

二是交流励磁机供电的励磁方式，主要发挥交流励磁的作用，确保电流供应的连续性、稳定性，操作比较简单，具有较强的适用性。

三是无励磁的励磁方式，在励磁电流的基础上进行整流才能获得电能，一旦出现问题，电流互感器就会产生励磁电流，解决了变压器输出不足的问题，保证系统正常运行。

永磁同步电机是由永磁体产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体是转子产生的来源，三相定子绕组会受到旋转磁场的影响，进而发生电枢反应，感应三相对称电流。

永磁同步电机在发展中不断完善，功能更加强大，可以满足实际需求。

随着科学技术的发展，永磁同步电机逐渐完善，有着广阔市场空间。

2永磁同步电机的特点永磁同步电机可以将电机整体安装在轮轴上，形成整体直驱系统，一个轮轴就是一个驱动单元，不需要用齿轮箱。

永磁同步电机具有功率高、效率高的特点；永磁同步电机产生热量比较少，电机冷却系统在运行时不会产生较大噪声；系统结构是全封闭的，构建出一个整体，出现故障的概率非常小，所以基本不用维护，减少了人员工作量；永磁同步电机可以承载较大的电流，稳定可靠；整个传动系统质量轻，簧下重量较轻，在单位质量内，功率较大；在没有齿轮箱的情况下，转向架系统设计是很灵活的，如柔式转向架、单轴转向架，可以有效提升列车性能。

自动调节励磁的核心是电压，通过调节电压来实现有效控制。

为了进一步了解情况，人们要对电压下降展开有效分析，找到其中存在的原因。

变频器载波频率对电动机噪音的影响

变频器的输出电压、电流中含有一定分量的高次谐波，使电动机气隙的高次谐波磁通增加，所以噪声变大。

其特征为：
（1）由于变频器输出的较低的高次谐波分量与转子固有频率的谐振，使转子固有频率附近的噪音增大。

（2）由于变频器输出的高次谐波使铁心、机壳、轴承座等的谐振，在固有频率附近的噪音增大。

（3）噪音与载波频率大小有直接关系，当载波频率高时相对噪音就小。

（4）经测试得到当电动机在变频运行时，比在工频50Hz运行时，噪声只大2dB可见影响不很大，其绝对值约在70dB附近。

（5）采用变频电动机能降低相同运行参数时的噪音6-10dB。

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科技成果——永磁同步电动机振动噪声抑制技术

科技成果——永磁同步电动机振动噪声抑制技术
技术开发单位沈阳工业大学
所属领域机械工程、电气工程、信息科学
成果简介
通过多年针对电磁振动理论、计算方法和测试技术的研究，获得了一整套电机振动噪声分析计算和抑制方法及计算软件。

采用解析法和有限元法计算电机的运动电磁场和电磁力分布，应用模态分析技术、瞬态振动响应计算和声场计算分析优化电机设计方案。

考虑了变频器供电时电流谐波对电机振动噪声的影响。

采用优化磁极结构、气隙磁密重构、谐波注入等措施实现了永磁同步电机振动噪声的抑制。

应用范围
可用于各种对电机振动噪声和转矩脉动有严格要求的场合。

可用
于潜艇、水面舰船、鱼雷、发电设备、新能源汽车、医疗器械、智能家电、工业自动化、办公自动化、机床、空调压缩机等行业。

技术特性
综合降噪设计可降低噪声13dB（A），转矩脉动小于2%-5%。

专利情况获国家发明和实用新型专利。

技术水平省级鉴定，评价为国际先进。

经济效益
低噪声电机产品应用场合极为广泛。

潜在的经济效益每年可达数千万。

合作方式
技术转让、技术咨询、技术开发、技术服务、技术入股、合资合作等。

永磁同步电机的结构振动与噪声特性研究

永磁同步电机的结构振动与噪声特性研究本文结合目前永磁同步电机振动噪声的研究现状,以某汽车电动系统有限公司150kW的永磁同步电机为研究对象,应用UG、HYPERWORKS、JMAG、LMS b等软件研究了该电机结构振动与噪声的特性,主要研究以下几个方面的内容:首先,本文介绍了永磁同步电机的基础知识与理论。

建立了永磁同步电机的定子系统、转子系统和机壳的几何模型和有限元模型。

其次,对电机的定子、定子总成和整机进行了自由模态分析,并通过模态的实验结果与仿真结果进行了对比,完善了模型并验证模型的准确性。

分析了浸漆刚度、螺栓结合面的建模方法和机壳材料对电机模态的影响,同时通过电机结构的改进提高了结构刚度,提高了电机整机模态频率,避免与激励力产生共振。

接着,基于永磁同步电机电磁力的理论分析,计算出了定子齿表面的径向电磁力,确定了电机振动特性分析的边界条件,计算了电机的频率响应,并通过与测试结果对比验证了仿真结果的可靠性和准确性,进一步分析了浸漆刚度对电机振动特性的影响。

同时,确定了改进电机结构即在下盖板上布置加强筋可以抑制振动。

最后,根据边界元理论建立了永磁同步电机的边界元模型,将电机表面的振动加速度数据导入到LMS b中作为电机噪声分析的边界条件,采用边界元法计算了电机辐射噪声的声功率级和声压级,分析了浸漆刚度对电机噪声特性的影响,通过给下盖板布置加强筋降低噪声,为以后的优化设计提供有力地依据。

永磁同步电动机振动和噪声抑制的研究

ｈａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｍｏｔｏｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＭＳＭ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｎｏｉｓｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
ＴｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｏｆＰＭＳＭｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａａｎａｌｙｓｉｓｏｎｎｏｉｓｅ，ａｎｄ
关键词：永磁同步电机；振动；噪声；有限元分析
中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ６８４８（２０１４）０３ — ００２０ — ０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＳｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＮｏｉｓｅｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ
第４７卷第３期
２０１４年３月
Ｖｏ１．４７．Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１４
永磁同步电动机振动和噪声抑制的研究
陈治宇，黄开胜，田燕飞，陈风凯
（广东工业大学，广州５１０００６）

磁致伸缩对变频器供电永磁电机振动噪声影响

磁致伸缩对变频器供电永磁电机振动噪声影响韩雪岩;张哲;吴胜男;陈健【摘要】In order to develop the influences of magnetostrictive phenomenon on vibration and noise of mo-tor under inverter power supply, taking a 2. 1 kW permanent magnet synchronous motor ( PMSM) as an example, the magnetic flux and vibration of the motor were calculated under different working frequency. On the basis of the vibration calculation, acoustic field around the motor was analyzed. And then,the noise of the motor was experimented. Through the comparison of theoretical calculation and measurement results, the validity of the proposed method was verified. Furthermore, this method which could help pre-dict the noise level in permanent magnet motor design step and seek new denoise methods has great po-tential in future application.%为了研究变频器供电下磁致伸缩现象对电机振动噪声的影响，以一台2．1 kW永磁电机为例，应用有限元计算了不同工作频率下的磁场分布和铁心振动位移，在此基础上分析了铁心周围的声场分布，并对该电机的噪声进行了试验研究。

永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究

第27卷㊀第12期2023年12月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.12Dec.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究洪剑锋,㊀曹君慈,㊀刘亚静(北京交通大学电气工程学院,北京100084)摘㊀要:针对变频器驱动的永磁电机电磁振动特点,采用时域㊁频域均方根值及1/3倍频程值评价了周期和随机开关频率脉宽调制方案对永磁电机高频电磁振动性能的影响㊂首先理论分析变频器供电下的电机电磁场和电磁力特性,然后介绍常用的周期开关频率和随机开关频率高频电磁振动抑制原理,最后在一台永磁电机上对两种抑制技术进行全方位的评价和试验验证,结果表明,采用变频器供电时,电机电磁振动会引入显著的开关频率及其倍数附近谐波分量,采用周期和随机开关频率的方案虽然能够降低开关频率电磁振动的幅值,但会增加其他振动频谱分量㊂相比于传统的固定开关频率方式,无论从整个时域上的均方根值,还是频域上的均方根值和1/3倍频程值,两种技术方案下电机电磁振动均会增加,抑制效果有限㊂关键词:永磁同步电机;电磁力;高频电磁振动;周期开关频率;随机开关频率;振动削弱DOI :10.15938/j.emc.2023.12.006中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)12-0052-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-12-12基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(2022RC010)作者简介:洪剑锋(1988 ),男,博士,副教授,研究方向为永磁电机电磁振动分析与控制;曹君慈(1979 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电机多物理场分析与优化设计;刘亚静(1981 ),男,博士,讲师,研究方向为永磁电机控制㊂通信作者:洪剑锋Experimental research on PWM technique for vibration reduction inPM motorHONG Jianfeng,㊀CAO Junci,㊀LIU Yajing(School of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100084,China)Abstract :The effects of periodic and random switching frequency pulse width modulation schemes on high frequency electromagnetic vibration of permanent magnet motor were experimentally analyzed from the time domain,frequency domain and 1/3octave range value of the vibration.Firstly,the electromagnetic field and electromagnetic force characteristics of the motor were theoretically calculated and analyzed.Then,the high-frequency electromagnetic vibration suppression principles of the common periodic switc-hing frequency and random switching frequency were introduced.Finally,two suppression technologies were tested and verified in detail on a permanent magnet motor.The results show that when the motor isfed by the inverter,the electromagnetic vibration of the motor will introduce significant harmonic compo-nents near the switching frequency and its multiples.Although in the schemes the amplitude of electro-magnetic vibration of switching frequency is reduced,other vibration spectrum components are pared with the traditional fixed switching frequency mode,the electromagnetic vibration of the motor under the two technical schemes will increase the root mean square value in time domain and 1/3octaverange value in the frequency domain,and there is no suppression effect.Keywords:permanent magnet synchronous motor;electromagnetic force;high-frequency electromagnetic vibration;period switch frequency;random switch frequency;vibration reduction0㊀引㊀言永磁同步电机由于高功率密度而易实现轻量化,广泛应用到宝马㊁特斯拉㊁日本Toyota Prius㊁比亚迪㊁精进电动等主流品牌电动汽车,是当前最主流的一类电动汽车驱动电机㊂变频器供电的车用电机系统振动和噪声成为汽车主要的电磁振动噪声源[1]㊂近年来,国内外学者针对车用永磁电机的电磁振动噪声问题开展了大量研究,取得了一定成果㊂针对变频器下的电机振动噪声问题,经过各国学者的深入研究,已经取得了一些实质性的成果,并总结了一些通用性的规律[2-5]:变频器引入会增加电机气隙中高次谐波磁场和开关频率相关的电磁力和电磁振动㊂定子磁场的主要谐波频率满足关系: f k=k1f sʃk2f0,其中k1和k2为奇偶性相异的正整数,例如f s+2f0㊁f s-4f0 ㊂变频器供电时主要增加的激振力由基波磁场与k次谐波电流产生基波磁场相互作用产生,阶数为0阶或2p阶,频率f n=k4f sʃk5f0,其中k4和k5为奇偶性相同的正整数,例如f s+ f0㊁f s-3f0 ㊂其中,f s是载波频率,f0是电机基波频率㊂变频器供电的永磁电机振动噪声频率至少增加5dB[6]㊂致力于变频器驱动电机时带来的一系列振动问题的解决,各国学者都付出了巨大的努力,归结起来,总共有如下几种方案:1)加装滤波器㊂最简单的消除电机高频方案是在电机和逆变器之间加装滤波器[7],电抗值越大,高频滤波效果越好,但电抗器上的电抗压降越大,从逆变器出来的电压越大,进而对逆变器的容量要求增加㊂对于电抗器带来的问题,有学者提出采用电感㊁电容及其组合装置的无源滤波方法[8]㊂该装置能够消除一定带宽的电流谐波,从而降低高频激振力和振动,但是这种电感电容需要的额定功率较大,因此器件的体积也较大㊂对于不同的工况需要不同的滤波电容或电感,FERREIRA J A等[9]提出一种可变滤波频率的结构,通过切换电容值可以在两个极限频率之间进行调整㊂针对无源滤波器的问题,许多学者提出有源滤波器的结构[10],逆变器与电机之间通过无源滤波器件相连,同时,另一套采用高开关频率MOSFET 或者SiC器件的逆变器输出与主电路上无源滤波器中谐波反相位的谐波分量㊂该结构的缺点是两个逆变器需要时域上的协调控制才能达到良好的效果㊂2)控制策略优化㊂目前,国内外学者对低成本高频电磁振动噪声抑制研究主要集中在脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)策略上,其思路为将载波频段附近的电压㊁电流㊁振动和噪声谐波分量分散到更宽的频带范围内㊂文献[11-12]采用随机化载波频率,使原本集中的边带谐波能量扩展至较宽的频域范围,结果表明在中心频率的噪声抑制效果达到22dB㊂为使采样频率固定,文献[13]提出一种变延时技术的随机开关频率脉宽调制方法,实验表明该方法能有效地将电流频谱均匀分布在较宽的范围内且能有效降低开关频率的幅值㊂文献[14]提出一种伪随机高频方波信号的随机开关频率脉宽调制方法,结果表明中心频率的噪声至少降了10dB㊂为避免应用随机PWM方法时宽频率范围内引起电机振动的问题,文献[15]提出一种特定谐波消除的随机开关频率脉宽调制方法,并进行了仿真和实验结果验证㊂为了降低双三相永磁电机的高频电磁振动噪声,MIY-AMA Y等[16]提出一种载波移相的调制方法来消除逆变器中的开关频率谐波,该方法通过优化功率管的触发角来消除主导的谐波电流㊂西班牙的RUIZ G A等[17]提出一种梯形波为调制波的PWM控制方案,该方案中的电流谐波量大大减小,且谐波幅值也有效降低,从而力的幅值也随之减小㊂LE B J等[18]从理论出发探究载波频率的影响,得出最优载波频率的选取应该避开电机的0阶和2阶固有频率㊂华中科技大学的袁飞雄等[19]提出通过调节PWM载波来调节输出电流的频率和相位,从而与电机开槽振动的0或2p阶频率可以形成相消干涉,并在一台开绕组永磁同步电机上进行试验,结果表明,该方法有效降低了电机高频振动㊂周期开关频率调制技术可以有效抑制高频电磁振动噪声㊂HUANG Jin等[20]对锯齿波的周期开关频率调制技术进行了研究,结果表明,中心频率段的线电压幅值至少降低30%㊂随后,该学者将锯齿波35第12期洪剑锋等:永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究周期开关频率调制技术与异步载波调制技术相结合[21],进一步降低了高频电压的幅值㊂文献[22]对锯齿波和正弦波两种典型周期开关频率调制方法进行理论分析和不同工况下的电流及声振实验验证,结果表明,周期扩频调制能够有效抑制电机电流谐波且开关频率段中心频带噪声优化20dBA以上㊂综上,对于学者提出的随机和周期开关频率PWM调制策略效果而言,均以开关频率及附近振动噪声幅值作为评判标准㊂虽然幅值可以作为一种评价指标,但是电机的振动噪声是一个广谱参数值,且人耳对噪声的敏感并不局限于某个频率的噪声值,因此,在技术方案的振动噪声性能评估上应增加其他评判手段㊂本文提出从振动噪声的时域㊁频域以及1/3倍频程3个方面全面评价减振技术方案性能,对常用的周期开关频率PWM(periodic-switching-frequency PWM,PPWM)调制策略和随机开关频率PWM(random-switching-frequency PWM,RPWM)调制策略下电机高频电磁振动特性进行分析㊂首先,对变频器供电下的电机电磁场和电磁力进行计算和分析㊂然后,对PPWM和RPWM的振动抑制原理进行简要介绍㊂最后,对一台7.5kW的永磁同步电机的振动进行实际测量,分析2种抑制方案的减振规律,详细探究2种抑制方案的影响因素,并从时域㊁频率以及1/3倍频程全方位对比2种方案的减振效果㊂1　电磁力模型永磁同步电机定子铁心振动主要由定子内表面所受到的径向电磁力F n引起,则铁心内表面所受电磁力可以表示为F n=B2n/(2μ0)㊂(1)式中:B n为铁心内表面气隙磁场的法向分量;μ0为空气磁导率㊂不考虑铁心磁路磁阻的影响,可以将永磁同步电机气隙磁场表示为B n(θ,t)=f a(θ,t)λ(θ,t)㊂(2)式中:θ为空间机械角度;f a(θ,t)为气隙磁动势;λ(θ,t)为气隙磁导㊂对于定子开槽时的气隙磁导可以近似表示为λ(θ)=λ0①+ðlλl②㊂(3)式中:λ0是磁导平均分量;λl是气隙l次磁导分量㊂变频器供电时永磁电机中的磁动势可写为f a(θ,t)=F0cos(pθ-ω0t-φ0)③+ðFνcos(νpθʃω0t-φν)④+ðFμcos(μpθ-μω0t-φμ)⑤+ðF k cos(pθ-kω0t-φk)⑥+ðF kv cos(vpθʃkω0t-φkv)⑦㊂(4)式中:p为电机极对数;ω0为电机基波角频率;φ为各项磁动势对应相位;ν为定子磁动势空间谐波次数;μ为转子磁动势空间谐波次数;k为谐波电流的次数;kω0为对应的角频率㊂变频器引入磁动势后可分为几项:③式为定子基波电流和转子永磁体产生的基波磁动势;④式为定子基波电流产生的谐波磁动势;⑤式为转子永磁体产生的谐波磁动势;⑥式为定子谐波电流产生的基波磁动势;⑦式为定子谐波电流产生的谐波磁动势㊂当使用正弦电流供电时,电机内不存在k次谐波电流,⑥式和⑦式所表示的磁动势不存在㊂当电机为变频器供电时,变频器输出的电压谐波会在电机内产生相同频率的电流谐波㊂变频器供电时电机电流谐波的频率可表示为f k=kω0/(2π)=k1f sʃk2f0㊂(5)式中:f s是变频器载波频率;f0是电机的基波频率; k1和k2是奇偶互异的正整数,三相电机中,k2不能取3的倍数,如f sʃ2f0㊁f sʃ4f0㊁2f sʃf0㊁2f sʃ5f0等㊂综合式(1)~式(4),可求得变频驱动永磁电机中电磁力的阶次和频率特征㊂由于高次谐波磁导相对于平均磁导而言幅值较小,且谐波磁动势相对于空间基波磁动势幅值较小,因此,忽略高次谐波磁动势和高次谐波磁导(lȡ2)的影响,整理得到电磁激振力的阶数和频率特性如表1所示㊂由表可知,当电机为正弦电流供电时,低频振动的阶数与电机的极对数㊁定转子谐波次数和槽数有关,振动的频率为电流基波的偶数倍频率,其中以2f0为主㊂当电机电流中存在频率为kf0低次电流谐波时,低次电流谐波也会引起低频振动,振动频率为(kʃ1)f0,振动阶数为0阶或2p阶㊂在载波频率及其倍频附近,变频器引入的电流谐波引起0阶或2p阶的高频振动,电磁激振力的频率表示为f n=(kʃ1)f0=k3f sʃk4f0㊂(6)式中k3㊁k4是奇偶性相同的正整数,如f sʃf0㊁f sʃ3f0㊁2f sʃ2f0㊁2f sʃ4f0等㊂45电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀表1㊀变频器供电时电机径向电磁力的阶数和频率Table1㊀Order and frequency of radial force of permanent magnet synchronous motor fed by inverter 电磁力源来源1来源2阶数频率正弦电流产生磁场相互作用①③①③2p2f0①③①④(νʃ1)p2f0①③①⑤(μʃ1)p(μʃ1)f0①③②③(2p-Z)2f0②③②③2(Zʃp)或2p2f0①③②④(νʃ1)p-Z2f0①③②⑤(μʃ1)p-Z(μʃ1)f0①④①④(ν1-ν2)p2f0①⑤①⑤(μ1-μ2)p(μ1-μ2)f0①④①⑤(ν-μ)p(ν-μ)f0谐波电流产生磁场相互作用①③①⑥0或2p(kʃ1)f0①⑥①⑥0或2p(k1ʃk2)f0①⑥①④(νʃ1)p(kʃ1)f0①⑥①⑤(μʃ1)p(kʃμ)f02㊀变开关频率PWM技术原理当控制器采用PWM技术时,高次谐波电流会产生高频电磁振动噪声㊂在不增加硬件成本基础上,采用变载波周期的方案来解决电流开关频率集中的问题㊂本节介绍常见的变开关频率PWM技术 PPWM和RPWM㊂2.1㊀周期开关频率PPWM是在原有固定开关频率上增加一个周期变化的分量,开关频率表达式为f s=f s0+R(t)Δf㊂(7)式中:f s0是中心频率;R(t)是输出范围为[-1,1]的周期函数;Δf表示开关频率的带宽㊂在一个周期内,开关频率在[f s0-Δf,f s0+Δf]内变化㊂选择f s0=8000Hz㊁Δf=500Hz,R(t)是近似三角波函数,在程序实现中,每次进入增强型脉宽调制模块(en-hanced pulse width modulation,ePWM)中断,令f s增加或减少1Hz,f s变化波形示意如图1所示,R(t)周期近似为T=4Δf/(f s0Δf0),其中Δf0表示每个中断频率变化大小,f s在变化范围内近似均匀分布㊂2.2㊀随机开关频率RPWM是目前最为常用的一种随机PWM方式,与周期开关频率相似,将随机开关频率表示为f s=f s0+rand()Δf㊂(8)式中:f s0是中心频率;Δf是开关频率的变化范围; rand()是[-1,1]的随机函数,则f s是在[f s0-Δf,f s0+Δf]范围内随机变化的数值㊂具体实现方案为:在空间矢量脉宽调制程序执行过程中,随机改变电压矢量每次转过角度实现随机设置三角波信号斜率㊂图1㊀周期载波频率波形示意图Fig.1㊀Waveform of periodic carrier frequency3㊀实验研究为了探究2种变载波周期PWM技术对电机电磁振动的规律及影响,在一台8极表贴式永磁电机上进行详细的实验,实验平台如图2所示㊂实验装置包括:永磁电机㊁负载机㊁控制器㊁振动传感器以及江苏联能振动测试系统㊂图2㊀实验装置Fig.2㊀Test rig实验设置如下:为避免随机PWM技术方案对转速辨识的影响,采用编码器测量电机位置和转速,并反馈到转速环中㊂在固定开关频率控制方案的电机转速控制时,采用i d=0的控制方式,转速稳定在1500r/min,负载为6N㊃m,载波频率为8kHz㊂在周期开关频率中,研究了频率变化步长为1㊁5㊁10和20这4种长度对振动的影响,并探究了频率带范围对PPWM和RPWM的减振效果影响㊂实验过程中,待电机运转平稳后,分别测量电机的相电流以及电55第12期洪剑锋等:永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究机机壳表面的振动,截取的数据处理段为稳定的无波动的时域电流和振动信号,处理结果在下文进行总结㊂3.1㊀固定开关频率图3和图4分别为电机在1500r/min,负载6N㊃m工况下的电流和振动波形㊂通过固定载波频率控制方案下的相电流和径向振动加速度及傅里叶分解结果可知,电流的高频谐波分量集中在开关频率f s及其整数倍附近,其频率分布与理论推导式(5)及文献[2-10]中的结论一致,而这些高频谐波分量是由逆变器输出的电压高频谐波分量引起的㊂由图4可知,径向电磁振动中的高频分量幅值主要集中在开关频率f s及其整数倍附近,其频率分布与理论推导式(6)及文献[2-10]中结论一致㊂图3㊀电机在1500r/min,转矩6N㊃m时的电流波形Fig.3㊀Motor current at1500r/min under T=6N㊃m3.2㊀周期变开关频率PWM技术图5和图6分别为采用PPWM技术时电机运行在转速1500r/min,负载6N㊃m工况下的电流和振动波形㊂由图5(a)的时域波形可知,此时的电流发生了畸变,并存在一些低次谐波㊂由图5(b)频域波形可知,当采用PPWM技术时,开关频率及其整数倍附近窄带宽的高频谐波电流的幅值将被有效削弱,能量分散到其他频率分量中,并向低频方向进行分散㊂由此可知,若范围宽度进一步增大,将使高频谐波能量向更低频方向移动,造成控制不稳定㊂从幅值来看,高频谐波电流分量幅值在开关频率f s 附近削弱了64.7%,在2倍开关频率2f s及3倍开关频率3f s附近都削弱了70%以上㊂由图6可知,采用周期开关频率PWM技术后,1倍㊁2倍和3倍开关频率附近的振动分量幅值分别为1.7㊁8.2和3.1m/s2,与固定开关频率技术方案相比,其削弱比例分别为76.3%㊁68%和86%㊂从时域波形来看,其振幅最大值为98.2m/s2,大于固定开关频率时的振动幅值75.1m/s2㊂图4㊀电机在1500r/min,转矩6N㊃m时的振动波形Fig.4㊀Motor vibration at1500r/min under T=6N㊃m从噪声表现上来看,由于开关频率振动的幅值被有效削减,人耳感知不到固定开关频率引起的高频啸叫声,但这些分散的频率分量将引起电机的沙沙声,该声音是固有开关频率控制方案所没有的,从噪声来看,采用周期PWM控制方案引起的沙沙声也会降低电机的噪声㊁振动和声振粗糙度品质㊂65电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图5㊀电机在1500r /min ,转矩6N ㊃m 时的电流波形Fig.5㊀Motor current at 1500r /min under T =6N ㊃m图6㊀电机在1500r /min ,转矩6N ㊃m 时的振动波形Fig.6㊀Motor vibration at 1500r /min under T =6N ㊃m3.3㊀随机PWM 技术图7为采用RPWM 技术时电机运行在1500r /min,负载6N㊃m 工况下的电流波形㊂与图3相比,电流发生了畸变,同时存在一些低次谐波㊂由图7(b)的频域波形可知,该方法能有效抑制开关频率及其整数倍附近的高频谐波电流的幅值,但能量分散到频率带宽中㊂从幅值来看,高频谐波电流分量幅值在开关频率f s 附近削弱了54%,在2倍开关频率2f s 及3倍开关频率3f s 附近都削弱了60%以上㊂图7㊀电机在1500r /min ,转矩6N ㊃m 时的电流波形Fig.7㊀Motor current at 1500r /min under T =6N ㊃m图8为该工况下的振动加速度结果㊂由图可知,1倍㊁2倍和3倍开关频率附近的振动分量幅值分别为3.0㊁6.9和6.8m /s 2,与固定开关频率技术方案相比,其削弱比例分别为45.4%㊁72.4%和72.9%㊂从时域波形来看,其振幅最大值为103.2m /s 2,大于固定开关频率时的振动幅值㊂从噪音来看,该控制方案下电机噪声规律与周期开关频率控制下电机的噪声规律类似,电机将出现沙沙声㊂75第12期洪剑锋等:永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究图8㊀电机在1500r/min,转矩6N㊃m时的振动波形Fig.8㊀Motor vibration at1500r/min under T=6N㊃m 3.4㊀方案对比本文3.2节和3.3节从频域角度对方案的减振规律和效果进行了描述,尤其是开关频率附近的振动幅值指标,该指标也是目前研究人员普遍采用的评价方式㊂然而,采用变开关频率PWM控制方案将会引起额外的振动频率,这些频率会增加电机的沙沙声㊂此外,由图4(a)㊁图6(a)和图8(a)可知,采用PPWM和RPWM技术方案时电机的电磁振动幅值大于固定开关频率方案时的电磁振动,因此,为了全方位客观评价技术方案的振动噪声指标以及性能,本节将从时域和频域的均方根值以及A记权的1/3倍频程振动加速度级进行评价㊂为了更好地评价2种方案的效果,采用均方根值对电机电磁振动信号能量进行求解,其表达式为a RMS=ðN a2iN㊂(9)式中:a i为第i个时域点或频率点的振动加速度;N 为计算的个数;a RMS为N点内的加速度均方根值㊂利用式(9)计算一个电周期内振动加速度时域信号的均方根值,然后,对振动加速度时域信号进行傅里叶分解得到振动加速度的频域值,取不同区间该频率段内振动加速度值进行均方根值求解,计算的时域和频域均方根值结果见表2㊂由表可知,从时域均方根值来看,PPWM和RPWM技术方案下的振动信号均方根值分别为30.97和29.34,均大于固定开关频率控制下的振动信号均方根值27.12㊂从频域均方根值下的振动能量信号值来看,6k~ 10k频段内,RPWM技术方案下的振动信号均方根值为5.9,大于固定开关频率控制下的振动信号均方根值5.43㊂12k~18k频段内,PPWM技术方案下的振动信号均方根值为23.4,大于固定开关频率控制下的振动信号均方根值15.6㊂而在20k~26k频段内,变开关频率PWM技术方案下的振动信号能量均大于固定开关频率控制下的振动信号能量㊂表2㊀不同PWM调制方案下能量值对比Table2㊀Comparison of energy values under different PWM modulation schemes控制方式时域均方根6k~10k12k~18k20k~26k 固定开关频率27.12 5.4315.621.3 PPWM30.97 5.3623.426.5 RPWM29.34 5.914.324.7常用的一种振动评价方案为振动加速度级对比,‘环境振动标准“[23]定义振动加速度级为V AL=20lg a a㊂(10)式中:a为振动加速度有效值;a0为基准加速度有效值,取a0=10-6m/s2,振动加速度级单位为分贝(dB)㊂1/3倍频程谱是一种常见的表征振动与噪声的方式,目的是将一定带宽内信号能量用一条谱线表示,具有频带宽谱线少,易于人耳敏感度区分的特点㊂每个频带成为一个频程,频带的划分采用恒定带宽比㊂1/3倍频程对高频区分度低,对低频区分度高,符合人耳对不同频率声音的敏感程度㊂总振级V L是在所有频带内的总振动加速度级,可以根据不同频带内振动加速度级计算得出,即V L=10lgði10V AL i10㊂(11)图9为负载6N㊃m时3种不同开关频率PWM 控制方式不同转速下电机总振动加速度级,由图可知,不论是300㊁900还是1500r/min,变开关频率PWM控制方案下的电机振动加速度级均大于固定开关频率PWM控制方案下的振动加速度级㊂周期85电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀开关频率的振动加速度级最大,随机开关频率次之,固定开关频率最小㊂以1500r /min 为例,固定㊁周期和随机开关频率控制方案下电机振动加速度级分别为146.5㊁146.8和151.6dB㊂图9㊀负载6N ㊃m 时不同控制方式不同转速下电机总振动级Fig.9㊀Motor V L in different control type and speed un-der T =6N ㊃m图10为PPWM 技术方案不同变化步长时的电机总振动级㊂该方案中,电机施加的负载转矩为1N㊃m㊂由图可知,PPWM 技术方案下的电机总振级大于固定开关频率PWM 技术方案下的总振级,随着步长step 的增加,电机的总振级逐渐减小㊂事实上,随着步长step 的增加,电机电流的控制难度也增加㊂图10㊀周期PWM 技术方案不同步长时的振动加速度级Fig.10㊀Motor V L in different step in PPWM图11和图12分别为不同开关频率范围时不同转速周期开关频率PWM 技术和随机开关频率PWM 技术方案下的电机总振级㊂由图可知,当开关频率范围增加时,PPWM 技术方案时电机的总振级在减小,而RPWM 技术方案时电机的总振级幅值略微增加,但变化幅度不大㊂不论选择多宽的开关频率范围均会增加电机的总振级㊂此外,过大的开关频率范围会影响电机的控制性能㊂图11㊀周期开关频率PWM 技术方案时不同开关频率范围的电机总振级Fig.11㊀Motor V L in different frequency bandinPPWM图12㊀随机PWM 控制下不同开关频率范围电机总振级Fig.12㊀Motor V L in different frequency band in RPWM4㊀结㊀论本文主要探究了在PPWM 控制方案和RPWM 控制方案下,从电机振动的时域㊁频域以及1/3倍频程方面分析高频电磁振动的特性规律,得出以下结论㊂1)变频器引入后,电机电流中除幅值较大的基波和低次谐波分量外,还存在一些高频谐波分量㊂低次谐波电流会引起电机的低频振动噪声,而高频电流谐波主要集中在开关频率f s 及其整数倍附近,这些高频谐波电流会产生较大幅值的振动噪声㊂2)PPWM 技术能有效削弱开关频率及其整数倍附近电磁振动的谐波分量峰值,但并不能降低电95第12期洪剑锋等:永磁电机电磁振动及变开关频率振动抑制技术试验探究机的总振动加速度级㊂振动加速度级受到周期步长和开关频率范围的影响㊂步长越大,总振动加速度级越小;开关频率范围越大,总振动加速度级越小㊂3)RPWM技术可以极大削弱开关频率及其整数倍附近电磁振动的高频谐波幅值,但并不能降低电机的总振动加速度级㊂振动加速度级受到随机频率宽度的影响㊂宽度越小,总振动加速度级越小㊂4)PPWM和RPWM技术的引入会增加电机的沙沙声,从时域均方根值以及1/3倍频程能量谱的评价来看,2种技术方案下电机电磁振动能量并无降低,减振效果有限㊂参考文献:[1]㊀林福,左曙光,毛钰,等.考虑电流谐波的永磁同步电机电磁振动和噪声半解析模型[J].电工技术学报,2017,32(9):24.LIN Fu,ZUO Shuguang,MAO Yu,et al.Semi-analytical model of vibration and noise for permanent 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