交流永磁同步电机电磁噪声的分析与仿真

相比于电励磁电机,交流永磁同步电机具有效率高、运行可靠、维护简单等优点,这些优点使交流永磁同步电机得到了快速发展.电机运行过程中都会产生振动,所以对其电磁振动和噪声的仿真分析是研究低噪声交流永磁同步电机的基础.根据理论分析得出电机产生电磁振动的原因主要是由于电机内部产生了径向电磁力.首先建立电机的电磁力计算模型,提取径向磁通密度和径向电磁力,通过电磁力和声网格耦合建立电磁噪声模型,将结果与实验结果进行较验.验证结果一致,表明计算模型可靠,对交流永磁同步电机噪声情况预测提供了依据.     

电动摩托车车架结构优化设计

为分析某型号电动摩托车车架在振动工况下的结构强度并减轻重量,基于瞬态动力学理论,采用有限元方法,建立车架瞬态分析有限元模型,计算车架在振动工况下的动强度,得到车架在该工况下的应力分布状况,在此基础上结合Hyperworks优化模块建立以车架重量为目标函数的优化模型,在满足强度约束条件下对车架结构进行优化设计。理论计算和实验研究表明：该车架结构强度有一定富裕,在振动工况下安全系数较高,存在一定优化空间,优化后车架结构强度得到一定提高,符合制造工艺,同时车架重量减轻了12.1%,说明该优化方法对车架结构设计有一定指导意义。     

考虑饱和的开关磁阻电机径向电磁力解析建模

为了对开关磁阻电机径向电磁力进行快速计算和分析,提出了一种开关磁阻电机电磁力的解析计算模型.该模型考虑了饱和的影响,且能够反映电磁力的分布特征.基于磁通管法推导了磁动势和等效磁导,通过磁势乘磁导建立气隙磁场模型;分析了饱和对气隙磁场的影响,并引入修正系数对模型进行修正;基于麦克斯韦张量法建立了径向分布电磁力解析计算模型,并通过有限元方法证明了该解析模型的准确性.模型可以反映电磁力与电机结构的关系,适合电机设计和改进,以及振动噪声研究时快速计算电磁力.     

切向电磁力对永磁同步轮毂电机电磁振动的影响

针对传统电磁振动分析多采用径向电磁集中力加载的方式进行,而忽略切向电磁力对电磁振动的影响的不足,提出了一种基于ANSOFT和MATLAB联合仿真以及ANSYS APDL语言的节点力加载方式,综合考虑电机径向电磁力和切向电磁力对电磁振动的影响。基于该方法,开展永磁同步电机瞬态动力学仿真,分别从时域和频域角度分析径向集中力和节点力加载方式下定子内、外侧变形情况,并建立电磁力、定子结构模态与电磁振动三者之间的内在联系。研究结果表明,时域上切向电磁力使得电机定子齿部切向变形明显大于径向。而在频域上,与切向电磁力密切相关的2阶转矩脉动频率对电磁振动的影响也是不可忽略的。     

永磁直流电机定子的振动分析

永磁直流电机的定子振动具有鲜明的特性,对它的分析对于分析其他各类电机的振动具有借鉴作用。该文用解析法分析了电机内的磁场和径向电磁激振力,从物理概念上定性解释了直流电机振动的特征。特别地,指出永磁直流电机槽频电磁激振力的阶数与定子振动形态的空间阶数不同。为准确计算电机振动,利用电磁场有限元仿真了电机内的磁场与电磁力分布,并采用结构场有限元对定子振动进行了仿真。针对试验测试,指出为得到定子振动形态特征,需要在定子上测量足够多的测点。并在一台实际的直流电机上进行振动测试,试验结果与仿真结果相符。     

发动机激励下客车车身怠速振动仿真研究

以某国产客车为研究对象,综合运用多体动力学和有限元分析法来研究发动机激励下车身的动态响应。在多体动力学软件MotionView中建立整车的动力学模型,在有限元软件 HyperMesh中建立车身有限元模型,用MotionSolve求解发动机激励引起的动力总成悬置系统的动载荷,将悬置系统的三向动载荷施加到有限元模型上,用RADIOSS定量求解出车身特征点的动态响应。以发动机怠速工况为例,将车身特征点振动加速度均方根值的仿真计算结果与实车测试结果进行对比分析,验证仿真方法的正确性。结果表明,将多体动力学仿真和有限元仿真有机结合起来研究发动机怠速激励下客车车身的动态响应是行之有效的。     

考虑动圈偏心的电动振动台等效电磁力计算方法

为了反映动圈激励电磁力对偏载工况下电动振动台横向振动的影响,提出了一种考虑动圈偏心影响的电动振动台等效电磁力计算方法。综合选取动圈通电电流、垂向位置、翻转偏心角度、径向平移偏心距及方向等5个因素,通过求取径向平移偏心距极限及假设虚拟偏心距进行变量代换,解决了现有正交试验设计方法难以应用于多个因素之间存在取值相互约束情况的问题。通过电磁有限元仿真获得了与动圈分布电磁力等效的集中电磁力样本,采用神经网络方法进行样本拟合获得了动圈全运动工况等效电磁力。仿真结果表明:径向等效电磁力主要随翻转偏心角度的增加而增加,且在大电流工况增加更迅速;采用所提方法获得的等效电磁力相对误差均在10%以内,可在满足工程误差要求的同时快速实时获得动圈全运动工况等效电磁力,解决了由有限元及精确解析方法计算等效电磁力速度慢所导致的无法进行电动振动台电磁-结构双向耦合仿真的问题。该方法也可应用于其他相似的运动系统受力计算问题。     

悬挂式惯性振动设备多场耦合瞬态过程分析

为了研究悬挂式振动设备启动瞬态共振的产生机理与抑制方法,提出了考虑几何非线性的轴向受力横向大变形柔性吊杆梁模型,并基于异步电机瞬态过程理论,对悬挂式振动设备启动多场耦合瞬态过程进行了数值模拟。采用非线性弹性理论和Euler-Bernoulli梁理论建立了非线性柔性吊杆梁力学模型并进行了数值求解,得到了柔性吊杆自由端横向变形非线性弹性特性曲线。考虑异步电动机瞬态过程,建立了振动设备刚、柔、电启动瞬态过程多场耦合模型。数值仿真结果揭示了振动设备瞬态共振的产生机理和偏心距自调激振方式瞬态共振的抑制机理。在相同条件下,电磁转矩振荡衰减时间在原激振方式下约为0.5 s,在自调式激振方式下低于0.2 s;最大瞬态振幅在原激振方式下为133.89 mm,在自调式激振方式下为90.6 mm,瞬态共振得到了很好的抑制。     

基于RBF-PID的异步电机软启动

针对异步电机直接启动过程中出现大电流现象,提出RBF-PID控制电机降压软启动方法。采取斜坡电压、闭环电流控制软启动方式、结合RBF-PID算法,利用MATLAB/SIMULINK搭建异步电机的软启动过程仿真系统。对比电机直接启动、PID闭环控制电机软启动、模糊PID软启动、RBF-PID四种软启动方式,仿真结果显示,RBF-PID控制电机软启动设计符合实际电机软启动运行过程要求,能明显减弱启动瞬间的冲击电流,整个系统具有启动速度快,控制效果好等优点。     

一种新型10/4开关磁阻电机电磁力分布及其振动特性研究

径向电磁力是导致开关磁阻电机振动和噪声的主要原因之一.为此,本文提出了一种新型五相10/4开关磁阻电机的本体结构,通过增加定子极对数以增大气隙磁通和电磁转矩,通过提前关断定子绕组励磁电流以减小径向电磁力.同时建立了这一新型开关磁阻电机的电磁有限元模型,仿真结果表明,在同样的励磁条件下,新型开关磁阻电机的电磁转矩较传统开关磁阻电机增大了51.7%,同时其径向电磁力却降低了45.3%.进一步分析了励磁绕组导通与关断时刻对电机的影响程度;提前2°左右机械角关断励磁绕组电流,能在保证电磁转矩输出的基础上较大程度地减小开关磁阻电机的径向电磁力.最后,仿真验证了这一新型开关磁阻电机结构减振降噪的效果.     

不同软启动时间下重型刮板输送机动态特性

为了提高刮板输送机满载工况下软启动性能,研究软起动过程最佳的启动时间,建立刮板输送机转矩模型,分析刮板输送机冲击度和液黏离合器滑摩功的影响因素。利用AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真,研究不同启动时间对刮板输送机链轮动态特性和液黏传动转矩压力特性的影响规律,得到不同启动速度下可控启动装置的动态特性。结果表明,随着刮板输送机软启动时间的增大,传动系统冲击度减小,液黏离合器压力和输出最大转矩减小,滑摩功增加,温度升高。满载工况下软启动时间为5 s时,刮板输送机平稳启动,同时液黏离合器转矩利用率高,软启动性能增强。研究结果为刮板输送机软启动性能优化研究提供了理论依据。     

基于Surrogate方法的低速大扭矩门用电机机壳振动噪声优化

门用电机振动与噪声的研究对改善公共交通领域乘客体验有极大的促进作用.由于应用场景中机械电磁环境较为复杂,基于电磁力波计算的传统永磁电机振动噪声方法存在计算不精确、多物理场耦合优化模型不紧密等问题.本文提出一种基于Surrogate方法的分数槽永磁同步电机八边形机壳设计方案,通过有限元仿真获取先验数据,利用克雷金法重构Surrogate数学模型,经误差修正后,采用搜索算法对电机机壳振动噪声进行优化.结果表明,本文方法对多物理量耦合仿真优化具有较高的拟合精确度与较快的计算速度,具有良好的工程可行性.     

基于NEDC工况的电动汽车驱动电机温度场分析

文章围绕一台额定功率为15kW的电动汽车驱动电机,基于传热理论建立其三维温度场求解域模型;通过有限元仿真分析,得到了电机工作在额定工况下的温度分布,并对电机运行NEDC循环工况下的温度场进行仿真分析;近似模拟了车辆行驶过程中的电机实时温升;最后搭建了电机温升试验平台,对电机温升仿真值与实验值进行对比分析,结果表明误差不超过5%,验证了该文仿真的准确性。     

基于离线单相周期方波脉冲的三相异步电机启动转矩测试

为了克服三相异步电机启动转矩无载测试现有方法存在的测试精度较低、电网冲击等问题,提出一种基于离线单相方波脉冲的电机启动转矩测试方法。以Y160M-4型三相异步电机为研究对象,给出用于测试启动转矩的单相方波逆变电源结构、工作原理及关键参数计算方法,并利用二维瞬态电磁场数值计算方法,以研究不同激励模式下的启动转矩为目的,获取电机启动过程的电枢电流。结合电机数学模型和坐标变换理论,研究并给出单相正弦波激励下的电机等效电路模型和启动转矩理论计算模型。在此基础上,进一步给出单相方波激励下的启动转矩数据处理方法。经验证,依据所提出的单相方波激励下的电机启动转矩计算方法并结合二维瞬态电磁场数值仿真,启动转矩测试相对误差约为0.25%。研究结果表明,利用该方法计算三相异步电机的启动转矩,测试精度获得明显提高,从而证明了所提方法的正确性和可行性。     

褶皱薄膜结构振动分析与控制

目的通过有限元模态分析和瞬态分析说明褶皱对薄膜结构动态性能的影响,在此基础上设计PID控制器,有效抑制薄膜振动。方法建立正方形薄膜结构有限元模型,经非线性屈曲分析得到面外褶皱形态,更新有限元模型进行模态分析;以初始褶皱形态为平衡状态,施加冲击扰动进行瞬态分析;通过MATLAB/ANSYS联合仿真,设计简单有效的PID控制系统。结果 (1)经模态分析得到了褶皱薄膜结构各阶固有频率和模态振型;(2)经瞬态分析得到了扰动点与褶皱峰值点处的振动曲线;(3)经MATLAB/ANSYS联合仿真得到了施加PID控制后褶皱峰值点处的振动曲线。结论 (1)褶皱的存在可改变薄膜结构的动态特性;(2)本文PID控制方法可有效抑制振动,提高薄膜结构的在轨稳定性。     

同步发电机偏心与绕组短路故障对磁场及电磁振动的影响

以1台6 MW汽轮同步发电机为例,对转子静偏心、定子匝间短路及其联合故障下的磁场、电磁力和电磁振动进行研究。在气隙磁场不对称情况下,以等效电路为基础的经典算法将不再适用,为此建立发电机的有限元模型,基于瞬态磁场的计算结果,给出不同故障类型下的气隙磁场变化特征,并得到发电机不同运行状态下的径向电磁力及其与对应故障参数的变化关系。将电磁力作为载荷,对发电机的电磁振动进行研究,通过比较正常运行和故障运行状态下的位移曲线,定性分析不同故障对电磁振动的影响。研究结果表明:且该振动特征可以为发电机偏心和绕组短路故障诊断提供理论依据。     

永磁电机自然散热及水冷系统分析

本文以一台110 kW永磁同步电机为研究对象,在有限元软件中计算了电机在额定工况下各部分的损耗,并求出对应的生热率.在有限元软件中计算了自然散热情况下电机的温升.在实验平台上进行电机的温升实验,将仿真与实验结果进行对比,证明有限元软件计算的准确性.在原电机模型基础上设置水冷结构,分析在有水冷情况下电机的散热情况.将自然散热和水冷散热进行对比,仿真结果表明水冷散热能够大幅降低电机稳定运行的温度,对今后研究降低大功率电机温升的方法提供经验和参考.     

YKSL1700立式电机转子的应力应变仿真研究

基于Pro/Engineer建立了电机转子的虚拟样机模型,进行了电机工作状态下的工况分析,应用NASTRAN软件,用有限元方法进行了电机转子的应力应变有限元仿真,得到了应力、应变、位移等参数值.进行了电机应变测试试验,实验值与仿真结果相符合.根据仿真结果,分析了电机转子的主要破坏形式和危险位置,结果表明现有转子的结构基本满足设计要求,并在此基础上优化转子外径,减小电机振动,为同类产品的开发和改进提供了参考.     

双离合自动变速器产热与传热仿真建模及试验验证

为了预测双离合自动变速器在工作过程中各热源的产热量及元件的温度状况,基于热网络理论建立了变速器轴承受力计算、内部热源产热量计算及传热计算耦合仿真模型,并对变速器在稳态与瞬态工况下的产热与传热进行了仿真计算与试验验证。结果表明,在稳态工况下,变速器的总产热量仿真值与试验测试结果吻合较好,瞬态工况下的变化趋势与试验测试结果一致;各测试点温度在稳态与瞬态工况下的仿真值与试验测试结果均吻合较好,模型具有较高的计算精度。     

纯电动旅游客车驱动系统加速过程动态仿真

分析了纯电动旅游客车永磁加增磁直流电机驱动系统结构与工作原理.针对加速工况,分别对IGBT1导通和截止状态建立了电机驱动系统瞬态数学模型.基于控制逻辑利用Matlab/Stateflow建立了控制器模型.结合以上两者得到以加速踏板信号为输入的整车瞬态数学模型.基于该模型进行了加速工况动态仿真并获得加速工况下电机驱动系统的控制特性.该分析有助于进一步改进电机驱动系统控制.