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电机的振动噪声主要分为电磁振动噪声、机械振动噪声和气体振动噪声,其中电磁振动噪声是电机振动噪声的主要来源。研究电机电磁振动噪声,涉及到电机电磁场、机械振动以及物理声学等许多学科。本文以一三相异步电机为例,从电磁激励力入手,分析电机的电磁振动特性,并通过实验进行验证。
首先,介绍有限元法在电磁场分析中的应用,利用Ansoft有限元软件对异步电机电磁场进行分析。由麦克斯韦定律推导出电磁力的求解公式,结合电磁场分析得到电机电磁力随时间变化的曲线。考虑转子不同偏心程度引起的气隙不均匀,计算各种偏心程度下电磁力的变化趋势。并利用频谱分析技术,对电磁力的时域信号进行离散傅立叶变化,得到各个谐波分量的频率和幅值,找出其频率与电机参数之间的关系。
其次,采用了磁-固弱耦合的方法对电机的电磁振动进行分析。首先介绍有限元法在电机结构振动特性分析中的应用,利用Solidworks软件建立电机的三维模型,在ANSYS有限元软件中计算电机在电磁力激励下的振动特性。研究了电机的振动随激励力频率变化的规律以及在电磁力谐波激励下电机的谐响应。
之后又采用了磁-固强耦合的方法对电机的电磁振动进行分析。利用ANSYS建立了电机的磁-固强耦合振动分析二维模型,通过APDL语言进行ANSYS的二次开发,实现了电机电磁振动的磁-固强耦合的分析方法,计算得到了磁-固强耦合方法下电机定、转子的振动特性。还尝试建立了电机磁-固强耦合振动分析二维/三维模型,为进一步的研究做好准备。
最后介绍了样机的振动特性实验。比较了在不同约束状态下电机基脚参考位置的振动特性,并与仿真结果进行了对比,验证了仿真方法的可行性及结果的可信性。