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永磁同步电机噪声源一探究竟,原来就这么回事!

永磁同步电机噪声源一探究竟,原来就这么回事!

永磁同步电机噪声源一探究竟,原来就这么回事!
 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*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*。
    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。
    电磁噪声

    1 气隙磁场等贡献径向力波引起电磁噪声
    首先,一般来讲,电机的径向力波是引起电磁噪声的主要原因之*,本文中所述例子采用6极9槽电机,根据公式推导(依旧省略一万字…),理想条件下的径向力波的频率特征为电流基频的偶数倍,即为极数的整数倍,也就是6k阶,因此,上述第②类6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72和78阶噪声为永磁体磁密和电流基波磁密作用下的电磁激励。
    2 电流谐波引起电磁噪声
    其次,目前的调速永磁电机大多采用变频器供电,其作用下的电流波形不再是理想的正弦波,而是存在大量的电流谐波,也使得电磁力的频率更加的复杂,通过对测试过程中的电机相电流进行监测,发现一种电流谐波以开关频率为中心对称分布,即上述第④类噪声。
    3 转子动态偏心引起电磁噪声
    电机由于制造误差、安装误差及轴承磨损等原因会使得转子发生偏心,如下图所示:
    转子偏心以后会造成这样的问题:气隙长度随时间变化,这就会引起新的频率的径向力波,产生新的电磁噪声。经过计算(以下省略一万字…),可得出如下结论:
    动态偏心会产生额外的径向力波的频率成分,针对于6电机而言,可以表述为:和阶,即上述第③类噪声。
    总而言之,电机噪声源包括机械噪声与电磁噪声,机械噪声主要是由轴承等机械部件的振动以及电机本身的模态问题引起;电磁噪声主要是由电机内部径向力波的频率引起的,径向力波的频率又与转子的偏心,气隙长度以及电机自身变频的供电方式产生的谐波有关。