内置式永磁同步电机动态特性研究及试验

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内置式永磁同步电机有保护永磁体、结构紧凑、功率密度高、调速范围广和效率高等优势,在工程领域得到广泛的应用。本文以8极48槽内置式永磁同步电机为研究对象,对其电磁力特性、电机动态特性、振动噪声进行了研究,主要包括以下内容:(1)内置式永磁同步电机电磁力特性分析。基于电机学理论,建立了二维电磁仿真模型。分别分析了转子动态偏心、静态偏心不同偏心量下的气隙磁密空间分布、径向电磁力密度空间分布和时间分布,确定了不同偏心状态下电磁力波谐波次数和频率特征变化规律。(2)内置式永磁同步电机模态特性分析。建立转子的三维模型,分析转子的模态参数,包括转子的各阶振型及对应的模态频率。分析转子在轴承支承状态下的临界转速,确定转子在工作转速下的振动特性。建立电机定子总成和定子与外壳总成的三维模型,分析电机定子总成和定子与外壳总成的模态振型及频率。(3)内置式永磁同步电机模态试验。进行转子模态试验,得到试验下的转子模态频率及测点模型的振型。与仿真结果相比,验证模型准确性,并对误差产生原因进行分析。此外,进行定子总成模态试验和定子与外壳总成模态试验,得到试验下定子总成的振型及其和定子与外壳总成的模态频率,并与仿真结果相比,验证所建的定子总成和定子与外壳总成模型的准确性。(4)内置式永磁同步电机电磁振动噪声特性分析。建立电磁场-结构场-声场多物理场耦合仿真模型,对定子外壳表面的振动噪声进行谐响应分析和声学有限元分析,分析转子动态偏心、静态偏心不同偏心量对电机振动噪声的影响。结合电磁力分析,指出偏心下振动噪声变化的内在原因,分析定子与外壳总成模态频率和径向电磁力密度幅值、频率特征与电机振动噪声的关系。计算动、静不同偏心状态不同偏心量下的噪声总声压级,对比分析相同偏心量下差异的原因。
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