表贴式永磁同步电机转子偏心对电磁振动的影响分析

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永磁同步电机具有功率密度大、体积小、效率高、调速性能好等优势,在国民生产各部门中担任动力提供、运输拖动、精密控制等重要角色。随着社会发展,各种自动化、智能化家居电器产品出现在人们视野,与人们日常生活息息相关,对于永磁同步电机的性能要求越来越高,因此永磁同步电机振动的大小已经成为衡量电机质量的重要指标之一。而转子系统作为永磁同步电机作旋转运动输出动能的关键部件,电机转子旋转时的振动特性以及在非理想状态下对气隙影响导致电磁力变化直接影响到电机的工作寿命的长短以及影响电机振动特性的变化。本文就转子系统影响表贴式永磁同步电机电磁振动的因素,做了如下相关研究工作。(1)基于永磁同步电机电磁振动基础理论,研究了对电磁振动起主要作用的径向气隙磁密与径向电磁力的内在联系。分析了永磁同步电机转子系统结构的低阶振型以及对应的自振频率相关理论以及转子临界转速计算表达方程。(2)根据永磁同步电机转子偏心电磁力和电磁转矩基础理论,构建转子静态偏心与转子动态偏心磁场解析模型以及其有限元模型,采用时步有限元法在二维静态场与瞬态场中分别分析电机动静态偏心状态下不同偏心率的空载气隙磁场、电磁力密度以及永磁同步电机定子内表面齿冠上电磁力时间分布,并对其进行傅里叶分析求解出上述波形分布的谐波次数,对比不同偏心状态以及不同偏心率下的波形以及其谐波的变化,为下文研究电机振动位移和速度奠定基础。(3)构建永磁同步电机三维简化模型,利用ANSYS Workbech软件分析定子铁芯以及转子系统的固有模态和振型,进一步通过对转子系统加载Rotational Velocity以及相应的轴承约束计算临界转速的变化,研究转子系统旋转时的振动特性。(4)利用ANSYS Workbench软件中的Harmonic Response模块进行谐响应分析得到永磁同步电机电机额定负载下运行,静态偏心与动态偏心各偏心率定子铁芯外表面各方向上的振动位移曲线以及振动速度曲线,分析转子动静偏心不同偏心率下对于径向电磁力密度时间分布影响导致的电磁振动变化。提出一种针对该款电机具有可行性能识别动偏心的识别手段——针对x轴向高低频振动位移的检测。本文分析动静偏心对电磁振动的影响,总结了不同偏心状态以及偏心程度所引起的不平衡磁拉力的变化规律以及定子铁芯外表面x、y、z三个轴方向的振动位移变化规律,为永磁同步电机转子偏心故障参数识别研究提供参考价值。
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