變頻器供電對永磁電機(jī)震動噪聲源的影響研究

張溪海

文章編號：2095-6835（2016）07-0068-01

摘 要：為了進(jìn)一步探究永磁電機(jī)在變頻器供電時(shí)噪聲源的特征頻率，采用有限元計(jì)算方法對永磁電機(jī)氣隙場的頻譜進(jìn)行分析，在對定子氣隙磁場諧波與轉(zhuǎn)子氣隙磁場諧波相互作用時(shí)所產(chǎn)生的電磁激振力及其頻率予以說明的基礎(chǔ)上，對永磁電機(jī)在正弦波和變頻器供電的情況下，三維聲場的有限元計(jì)算展開了深入研究。

關(guān)鍵詞：變頻器；永磁電機(jī)；噪聲源；諧波

中圖分類號：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.068

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，變頻器和永磁電機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，給人們的生活帶來了較大的便利。但是，在使用變頻器的過程中，永磁電機(jī)的振動會帶來相應(yīng)的噪聲，而電機(jī)在變頻器供電的環(huán)境下會產(chǎn)生諧波，影響電磁的正常運(yùn)行。由此可見，變頻器供電是永磁電機(jī)振動噪聲源的主要影響因素，加強(qiáng)對其研究，可以有效降低對永磁電機(jī)運(yùn)行的影響，進(jìn)而更好地提高永磁電機(jī)的使用效率。

借助有限元軟件對盤式永磁同步電動機(jī)的三維瞬態(tài)磁場進(jìn)行計(jì)算，并以麥克斯韋定律對作用在定子鐵芯表面的變頻器電磁激振力進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)用變頻器供電時(shí)，對作用在定子表面的電磁激振力的F-T（時(shí)間）波形進(jìn)行分析可知，其頻率與利用公式（4）算得的結(jié)果一致。對永磁電機(jī)進(jìn)行分析可知，其振動與噪聲均是由分布在其定子表面的電磁激振力所引起的，而電磁激振力的頻率與電機(jī)振動的頻率和噪聲的頻率也呈現(xiàn)出一一對應(yīng)的關(guān)系，因此可借助電磁激振力頻率的表達(dá)式計(jì)算變頻器供電時(shí)永磁電機(jī)振動的頻率和噪聲的主要頻率。

3 三維聲場有限元計(jì)算及說明

對功率為20 kW的盤式永磁電機(jī)三維聲場展開有限元計(jì)算，可以了解變頻器供電對永磁電機(jī)振動噪聲特性所產(chǎn)生的相關(guān)影響。在對電機(jī)的三維聲場進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將正弦波電流和諧波電流（開關(guān)頻率為3 kHz）加載至定子繞組中，從而實(shí)現(xiàn)對正弦波供電和變頻器供電實(shí)際情況的模擬。為了進(jìn)一步了解人耳對噪聲響度的反應(yīng)，噪聲的計(jì)算結(jié)果均以A計(jì)權(quán)聲壓級來表示。根據(jù)有限元計(jì)算得到的在用正弦波和變頻器供電時(shí)，永磁電機(jī)某一測量點(diǎn)的噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級頻譜，可判斷所測點(diǎn)的水平面高度是軸中心高0.224 m，而沿軸向同永磁電機(jī)外殼間保持1 m的距離。

根據(jù)所得測點(diǎn)在正弦波供電時(shí)的噪聲頻譜可知，在正弦波供電情況下，電機(jī)噪聲的主要峰值大都集中在相對較低的頻段。導(dǎo)致這種情況的原因是以正弦波供電時(shí)，電機(jī)噪聲主要是由定子與轉(zhuǎn)子諧波磁場間的相互作用而產(chǎn)生的，定子、轉(zhuǎn)子諧波磁場幅值隨著頻率的升高而降低，同時(shí)，頻率越高，電機(jī)振動噪聲的影響就越小。

根據(jù)所得測點(diǎn)在變頻器供電時(shí)的噪聲頻譜可知，氣隙磁場總是在開關(guān)頻率為3 kHz附近存在諧波，而永磁電機(jī)本身的聲壓級也在開關(guān)頻率為3 kHz附近存在系列幅值。導(dǎo)致此種情況的原因是變頻器電流的諧波與基波彼此相互調(diào)制，從而生成新的噪聲峰值。對人耳進(jìn)行分析可知，耳朵較為敏感的聲音頻率范圍在1～6 kHz之間，而噪聲頻率的峰值也集中在此區(qū)間內(nèi)，因此，當(dāng)用變頻器供電時(shí)，永磁電機(jī)輻射的噪聲便會顯著增大。

4 結(jié)束語

本文通過對變頻器供電對永磁電機(jī)振動噪聲源的影響進(jìn)行探究，得出如下結(jié)論：①當(dāng)用變頻器供電時(shí)，永磁電機(jī)定子的高次時(shí)間諧波頻率滿足關(guān)系式fk=k1fT±k2f0.②通過分析電機(jī)的電磁激振力可知，當(dāng)用變頻器供電時(shí)，永磁電機(jī)電磁激振力的頻率計(jì)算公式為F=fk±f0=k1fT±k3fa.③當(dāng)永磁電機(jī)以正弦波供電時(shí)，其振動噪聲頻率大都分布在低頻段；而當(dāng)其以變頻器供電時(shí)，電機(jī)振動噪聲的頻率則主要集中在開關(guān)頻率附近。

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〔編輯：劉曉芳〕