永磁同步电机的振动与噪音
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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
气隙磁导：
0 coz s
其中
μ— 气隙磁导谐波次数， μ =1,2,3,……； Z— 槽数； Λ0— 磁导常量部分； Λ0 — 次谐波幅值； Φμ— 定子圆周角坐标系自变量。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
一、振动与噪音机理
电磁噪音测试最常用的鉴别方法是： 一、突然断电法。 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 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， 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 谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。
i a ( t ) ~ I m 1 st i I m 5 n s 5 t i I m n 7 s 7 t i n
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
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 引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr 1eiT
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
e a ( t ) ~ E m 1 s t E i m 3 s n 3 t i E m 5 s n 5 t i E m 7 s n 7 t i n
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 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2ηω1; 三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为2kω1; 四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ηi±ηj)ω1 ; 五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ki±kj)ω1 ; 六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ηi±kj)ω1; 七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2ηiω1;
一、振动与噪音机理
转子磁势：
F r(,t)F rc k o k(p s 0 [ t)]
k
k— 永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,….； p— 极对数； θ0— 转子在定子圆周角坐标系中的角坐标； Ω — 转子转速； Frk— 转子磁动势次谐波幅值。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
目录
一、 振动与噪音机理 二、定位力矩与噪音 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 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
人耳听觉的声波频率范围大约为20Hz~20kHz，
• 虚位移方法求取TC
W
1 2
F2dG
TC＝W ＝ Tcos
2P 8 8 例： Z 9 12
C 12
min 72 48
• 最低次数υmin－每周磁能状态重复次数
min
2PZ C
C— 2P 和Z的最大公约数
• 幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ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
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
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 • 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
二、定位力矩
理想磁路下的齿槽力 矩TC
极数2P＝2， 齿数Z＝3，
每周稳定位置数 υ＝6
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
啸叫
小电机噪音与电流波形
噪音频率为电流频率的18倍 机械转速的90次
理想次数
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
啸叫
大电机噪音与电流波形
噪音频率为电流频率的18倍 机械转速的180次
理想次数
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300一600赫兹区间，88至95分贝的噪声响度级 经过30年会引起对1000赫兹的听觉丧失8至13分贝，对2000 赫兹的听觉丧失13.5至19分贝；
——在频率1200一2400赫兹区间，73分贝的噪声响度圾经 过Байду номын сангаас年会引起对4000赫兹的听觉丧失5分贝，而83至88分贝的 响度级经过30年会引起对4000赫兹的听觉丧失 27至33分贝。
一、振动与噪音机理
定子磁势：
F s(,t) F s c o p ( s 1 [) 1 t]
Fsv— 定子磁动势次谐波幅值； v — 定子磁动势谐波次数； θ0 — 定子磁动势在圆周坐标系中角坐标； ω1— 电流基波角频率； η— 电流谐波次数。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
缺陷磁路的齿槽力矩 • 转子有缺陷导致Z次定位力矩 •定子有缺陷导致2P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、定位力矩
样机的定位力矩分析
min
2PZ C
极对数P 齿数Z 定位力矩
大电机 10
18
180
小电机
5
9
90
220rpm对应的 电流频率 Hz
36.6 18.3
一、振动与噪音机理
合成磁动势：
F ( , t ) F s cp ( o 1 ) s 1 t ] [F r c k k ( o 0 p s t )[ ] k
气隙磁密： B (， t)F/S
单位面积力： B2(，t) 20
N ,cos (t) ,
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
1、电磁噪音
控制器PWM；定位力 矩；力矩波动；
2、机械噪音
电机轴承；电机电刷； 转子不平衡。
3、空气动力噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
对人的损害： 对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。
——在频率300一600赫兹区队80分贝响度级的噪声若每天 连续作用8小时，实际上不会引起对1000一2000赫兹言语频 率范围内的听觉丧失；
一、振动与噪音机理
气隙磁导：
0 coz s
其中
μ— 气隙磁导谐波次数， μ =1,2,3,……； Z— 槽数； Λ0— 磁导常量部分； Λ0 — 次谐波幅值； Φμ— 定子圆周角坐标系自变量。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
一、振动与噪音机理
电磁噪音测试最常用的鉴别方法是： 一、突然断电法。 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 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， 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 谱成分接近或一致时，人耳会感觉到噪音被加强。
i a ( t ) ~ I m 1 st i I m 5 n s 5 t i I m n 7 s 7 t i n
三、方波无刷直流电机力矩波动与噪音
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 引起的原因：电动势e和电流 i 的波形偏离了理想波形
Tr 1eiT
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
e a ( t ) ~ E m 1 s t E i m 3 s n 3 t i E m 5 s n 5 t i E m 7 s n 7 t i n
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 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2ηω1; 三、转子磁动势同次谐波，力波角频率为2kω1; 四、定子磁动势不同次谐波，力波角频率为(ηi±ηj)ω1 ; 五、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ki±kj)ω1 ; 六、定、转子磁动势不同次谐波力波，角频率为(ηi±kj)ω1; 七、定、转子磁动势同次谐波力波，角频率为2ηiω1;
一、振动与噪音机理
转子磁势：
F r(,t)F rc k o k(p s 0 [ t)]
k
k— 永磁磁动势谐波次数，k=1,2,3,….； p— 极对数； θ0— 转子在定子圆周角坐标系中的角坐标； Ω — 转子转速； Frk— 转子磁动势次谐波幅值。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
目录
一、 振动与噪音机理 二、定位力矩与噪音 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 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
人耳听觉的声波频率范围大约为20Hz~20kHz，
• 虚位移方法求取TC
W
1 2
F2dG
TC＝W ＝ Tcos
2P 8 8 例： Z 9 12
C 12
min 72 48
• 最低次数υmin－每周磁能状态重复次数
min
2PZ C
C— 2P 和Z的最大公约数
• 幅值－决定于磁势平方F2和磁导G的υ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
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
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 • 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
二、定位力矩
理想磁路下的齿槽力 矩TC
极数2P＝2， 齿数Z＝3，
每周稳定位置数 υ＝6
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
啸叫
小电机噪音与电流波形
噪音频率为电流频率的18倍 机械转速的90次
理想次数
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
啸叫
大电机噪音与电流波形
噪音频率为电流频率的18倍 机械转速的180次
理想次数
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300一600赫兹区间，88至95分贝的噪声响度级 经过30年会引起对1000赫兹的听觉丧失8至13分贝，对2000 赫兹的听觉丧失13.5至19分贝；
——在频率1200一2400赫兹区间，73分贝的噪声响度圾经 过Байду номын сангаас年会引起对4000赫兹的听觉丧失5分贝，而83至88分贝的 响度级经过30年会引起对4000赫兹的听觉丧失 27至33分贝。
一、振动与噪音机理
定子磁势：
F s(,t) F s c o p ( s 1 [) 1 t]
Fsv— 定子磁动势次谐波幅值； v — 定子磁动势谐波次数； θ0 — 定子磁动势在圆周坐标系中角坐标； ω1— 电流基波角频率； η— 电流谐波次数。
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
二、定位力矩
缺陷磁路的齿槽力矩 • 转子有缺陷导致Z次定位力矩 •定子有缺陷导致2P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、定位力矩
样机的定位力矩分析
min
2PZ C
极对数P 齿数Z 定位力矩
大电机 10
18
180
小电机
5
9
90
220rpm对应的 电流频率 Hz
36.6 18.3
一、振动与噪音机理
合成磁动势：
F ( , t ) F s cp ( o 1 ) s 1 t ] [F r c k k ( o 0 p s t )[ ] k
气隙磁密： B (， t)F/S
单位面积力： B2(，t) 20
N ,cos (t) ,
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
1、电磁噪音
控制器PWM；定位力 矩；力矩波动；
2、机械噪音
电机轴承；电机电刷； 转子不平衡。
3、空气动力噪音
交流永磁同步电机理论-§9 永磁同步电机的振动与噪音
对人的损害： 对神经系统有坏的影响；损害人的听觉。
——在频率300一600赫兹区队80分贝响度级的噪声若每天 连续作用8小时，实际上不会引起对1000一2000赫兹言语频 率范围内的听觉丧失；