压缩机用永磁同步电机效率与振动研究

• 作 者: 朱桐
• 出 处: 苏州大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 永磁同步电机 模态分析 电磁振动

永磁同步电机具有高效率、高转矩密度、转速范围宽、体积小重量轻等特点,在压缩机行业被广泛应用,但永磁同步电机引起的振动和噪音等问题一直困扰着变频压缩机新产品的开发,事实上高效率、高功率密度与低振动、低噪声是一对矛盾体。为了实现压缩机开发过程中对永磁同步电机节能和低振动的要求,本文将从以下三方面进行研究:首先,压缩机用永磁同步电机的电磁设计与优化,确定电机的基本尺寸和结构。以压缩机电机的性能参数及技术要求为依据,从定转子尺寸选择、极槽配合、电磁转矩等方面分析对电机进行电磁设计。磁路结构通过Maxwell软件仿真,得到电机设计方案的空载及负载性能参数,满足压缩机效率要求;然后通过转子结构优化进一步提升电机负载效率。最后根据优化后方案,制作样机并进行性能实验。实验表明电机电磁仿真结果和实验结果高度一致。其次,基于永磁同步电机电磁设计所初步确定的机械结构,为避免电机定子的固有频率和电磁力激励所产生的频率叠加而引起共振,分析定子的振型和模态。利用ANSYS软件建立电机定子模型对振型和模态进行仿真,分析不同形状油槽设计对定子模态的影响以及电枢绕组的加入对定子模态的影响,结果显示油槽会降低定子刚度,绕组则增加定子质量,都将降低永磁同步电机定子的模态频率,定子局部结构的改变仅能在较小范围内改变定子模态频率。本文用锤击法测试了样机定子铁芯和定子的模态,并对比分析了模态仿真结果和模态实验结果,验证了模态仿真的准确性。最后,结合电机定子振型和模态,进行永磁同步电机的电磁振动的分析。基于电机电磁力波理论,推导了 5HP压缩机电机定子齿内表面受到的电磁力波和频率,并提出了两种定转子结构优化方案来降低电磁力的谐波,用ANSYS软件计算了电机在负载情况下齿表面径向电磁力的分布情况,研究了径向电磁力分布的差异。制作优化前后的样品电机进行对比实验,优化后电机的振动明显优于优化前的电机,证明电磁力波的优化方案的有效性。基于文中电机设计方案和优化方案制作的样机,实现了压缩机对电机高效率和低振动性能的要求,从电机的角度来考虑变频压缩机电磁振动的降低,为变频压缩机电机节能和低振动提供解决方案。