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  • 頭條清華學(xué)者在高模數(shù)電磁力對永磁電機(jī)電磁振動(dòng)影響研究上取得新進(jìn)展
    2022-10-28 作者:洪劍鋒、王善銘 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)系)的研究人員洪劍鋒、王善銘、孫宇光、孫旭東、曹海翔,在2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,探究了永磁電機(jī)在空載和負(fù)載工況下高模數(shù)電磁力波對電機(jī)電磁振動(dòng)的影響規(guī)律,為永磁電機(jī)電磁振動(dòng)的準(zhǔn)確預(yù)測和減振提供思路。

    永磁電機(jī)因具有高效率、高功率密度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在一些特殊的應(yīng)用場合,如艦艇、電動(dòng)汽車、高端家用電器等領(lǐng)域,振動(dòng)噪聲是高性能永磁電機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo),日益受到關(guān)注。

    電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)系)的研究人員洪劍鋒、王善銘、孫宇光、孫旭東、曹海翔,在2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,探究了永磁電機(jī)在空載和負(fù)載工況下高模數(shù)電磁力波對電機(jī)電磁振動(dòng)的影響規(guī)律,為永磁電機(jī)電磁振動(dòng)的準(zhǔn)確預(yù)測和減振提供思路。

    圖1 永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

    他們首先通過麥克斯韋應(yīng)力張量法推導(dǎo)了電機(jī)電磁力波的幅值、頻率和模數(shù)特征。其次闡述了引起永磁電機(jī)低階電磁振動(dòng)源的高模數(shù)和低模數(shù)電磁力波特點(diǎn)并探討了齒寬對兩種電磁力的影響。然后計(jì)算和詳細(xì)對比了電機(jī)空載和負(fù)載工況下兩種電磁力波對低階電磁振動(dòng)的貢獻(xiàn),并用模態(tài)疊加法仿真電機(jī)的振動(dòng),對理論進(jìn)行驗(yàn)證。最后在一臺(tái)10極12槽永磁電機(jī)上進(jìn)行空載電磁振動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

    圖2 振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)裝置

    他們發(fā)現(xiàn),高階電磁力波能引起低階電磁振動(dòng)。例如:在10極12槽分?jǐn)?shù)槽永磁電機(jī)中,模數(shù)10電磁力波也能引起2階電磁振動(dòng)。在6極36槽整數(shù)槽永磁電機(jī)中,模數(shù)36電磁力波能引起0階電磁振動(dòng)。

    解析和仿真結(jié)果表明,在分?jǐn)?shù)槽永磁電機(jī)中,高模數(shù)電磁力波對低階電磁振動(dòng)的貢獻(xiàn)與齒寬和負(fù)載程度有關(guān)。隨著齒寬和負(fù)載增加,高模數(shù)電磁力波引起的低階電磁振動(dòng)占比逐漸減小。在負(fù)載增加時(shí),電機(jī)低模數(shù)力波逐漸占主導(dǎo)作用,是電機(jī)低階電磁振動(dòng)的主源。在多極數(shù)的整數(shù)槽電機(jī)中,槽數(shù)模數(shù)電磁力波是0階電磁振動(dòng)的主源,其貢獻(xiàn)與負(fù)載程度無關(guān)。

    研究人員指出,永磁電機(jī)中高模數(shù)電磁力波主要是由永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生的,且其貢獻(xiàn)與齒結(jié)構(gòu)有關(guān),因此在電機(jī)減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,可從永磁體結(jié)構(gòu)和定子齒結(jié)構(gòu)入手展開優(yōu)化工作。他們表示,采用齒斬波效應(yīng)研究定子開齒對電機(jī)電磁振動(dòng)特性的影響,不僅有利于從本質(zhì)上認(rèn)清低階電磁振動(dòng)源,還能為開齒永磁電機(jī)電磁振動(dòng)的準(zhǔn)確預(yù)測和減振提供思路。

    本文編自2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“高模數(shù)電磁力對永磁電機(jī)電磁振動(dòng)影響”。本課題得到了國家自然科學(xué)基金的支持。

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