直流永磁電機(jī)電磁噪音分析

2017-04-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)


1 前言


噪聲是各種不同頻率和聲強(qiáng)的聲音雜亂無章的組合,它會(huì)干擾人們談話、降低人的思維,使人產(chǎn)生疲勞,從而影響休息、工作和睡眠,長期暴露在噪聲環(huán)境中,還會(huì)使人的聽力受損,因此我們需要對其進(jìn)行研究和控制。


電磁噪聲主要是氣隙中的電磁場產(chǎn)生電磁力,引起鐵心軛部振動(dòng),最終通過電機(jī)外殼將噪聲輻射出去。這個(gè)過程涉及電磁場分析、振動(dòng)分析和傳遞介質(zhì)的聲學(xué)分析,是個(gè)多場、多學(xué)習(xí)耦合的復(fù)雜問題,本文運(yùn)用 ANSYS強(qiáng)大的多學(xué)科耦合分析能力為電機(jī)噪音問題提供了完善的解決方案。


2 磁鋼電磁力分析


電機(jī)的氣隙磁場存在于電機(jī)定轉(zhuǎn)子的微小氣隙中。氣隙磁場是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的中介,同時(shí)也在電機(jī)的定轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向和切向的電磁力。這些電磁力在把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的同時(shí),也作用在定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上,引起電磁振動(dòng)。


轉(zhuǎn)子振動(dòng)主要通過軸承傳遞到外殼上,由于軸承具有彈性和一定的阻尼作用,傳到外殼的高頻振動(dòng)會(huì)明顯衰減。而定子一般直接連接到電機(jī)外殼上,相比于轉(zhuǎn)子振動(dòng),定子振動(dòng)更容易引起外殼的解耦股振動(dòng)和噪聲。


轉(zhuǎn)子齒上受到的是安培力,形成電磁轉(zhuǎn)矩。而在永磁體和定子鐵芯上受到麥克斯韋力,產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。對于永磁直流電機(jī)來說,引起電機(jī)振動(dòng)的主要作用力在永磁體上,包括徑向和切向的電磁力。


2.1 電機(jī)模型簡化


電機(jī)電磁力分析只考慮電機(jī)本體部分,如定轉(zhuǎn)子、繞組、磁鋼等。分析時(shí)采用 Maxwell2D,利用該電機(jī)的 1/4 模型,計(jì)算磁鋼內(nèi)表面徑向和切向磁拉力,借助 NX 軟件簡化模型(簡化定子機(jī)殼,如去除細(xì)小的面、線、小圓角等)


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell培訓(xùn)教程圖片1


2.2 Maxwell 電磁力分析


具體步驟如下:

1)網(wǎng)格劃分,其中單獨(dú)對磁鋼進(jìn)行網(wǎng)格加密

2)激活瞬態(tài)電磁場與諧響應(yīng)分析的耦合分析選項(xiàng)

3)Maxwell 自動(dòng)計(jì)算最后一個(gè)完整周期的瞬態(tài)電磁力

4)軟件自動(dòng)完成傅里葉變換,時(shí)域電磁力轉(zhuǎn)化為頻域電磁力


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell分析案例圖片2

這里 Maxwell 中計(jì)算的定子內(nèi)表面徑向和切向磁拉力密度分布將作為激勵(lì)源,耦合到Mechanical 中進(jìn)行頻域的諧響應(yīng)分析。


3 諧響應(yīng)分析


在 Workbench 的 Analysis System 窗口中選擇 Harmonic response,并將 Harmonicresponse 拖拽到 Project Schematic 窗口中 Maxwell 的右邊,連線 D4 和 B5 實(shí)現(xiàn)電磁力結(jié)果到諧響應(yīng)分析的無縫傳輸。


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell分析案例圖片3


3.1 模型簡化


諧響應(yīng)分析只考慮電機(jī)定子機(jī)殼、磁鋼,忽略其余結(jié)構(gòu),借助 NX 軟件簡化模型(包括去除小的面、線、小圓角等)


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell分析案例圖片4


3.2 Mechanical 諧響應(yīng)分析


具體步驟如下:

1)網(wǎng)格劃分

2)導(dǎo)入 Maxwell 電磁力

3)定義噪聲源傳遞文件

4)諧響應(yīng)分析求解設(shè)置并提交求解


3.2.1 諧響應(yīng)分析邊界條件


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell技術(shù)圖片5


3.2.2 諧響應(yīng)分析材料參數(shù)


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell技術(shù)圖片6
直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell技術(shù)圖片7


這里 Mechanical 諧響應(yīng)計(jì)算的定子機(jī)殼外表面的位移、速度、加速度等響應(yīng)載荷將作為激勵(lì)源,耦合到 Acoustics ACT 聲學(xué)計(jì)算模塊中進(jìn)行聲學(xué)計(jì)算。


4 聲學(xué)分析


在 Workbench 的 Analysis System 窗口中選擇 Harmonic response,并將 Harmonicresponse 拖拽到 Project Schematic 窗口中如下圖所示。


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell仿真分析圖片8


4.1 創(chuàng)建聲學(xué)模型


Acoustics ACT 聲學(xué)分析只考慮定子機(jī)殼外的噪音傳播介質(zhì)(空氣),不考慮電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。借助 NX 處理模型,創(chuàng)建定子機(jī)殼外的聲學(xué)區(qū)域,并切分出幾個(gè)關(guān)鍵的觀察區(qū)如下圖所示。


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell仿真分析圖片9


4.2 Acoustics ACT 聲學(xué)分析


具體步驟如下:

1)網(wǎng)格劃分

2)定義耦合噪聲源

3)噪聲計(jì)算邊界條件施加

4)噪聲分析設(shè)置并提交求解


4.2.1 聲學(xué)分析邊界條件


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell仿真分析圖片10


4.2.2 材料參數(shù)


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell仿真分析圖片11
直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell分析圖片12


4.3 聲學(xué)分析結(jié)果


直流永磁電機(jī)電磁噪音分析Maxwell分析圖片13

通過 Acoustics ACT 聲學(xué)計(jì)算,得到了各頻率下電機(jī)定子外空氣區(qū)域的聲壓、聲壓級大小和聲速等。


5 結(jié)論


1)通過 2D 電磁場仿真計(jì)算得到電機(jī)定子磁鋼上的瞬態(tài)電磁力;


2)通過電磁、結(jié)構(gòu)耦合分析,將 2D 電磁場計(jì)算得到的磁鋼上的瞬態(tài)電磁力自動(dòng)導(dǎo)入Mechanical 進(jìn)行諧響應(yīng)分析,得到電機(jī)定子外殼部位的位移、速度、加速度等諧響應(yīng)結(jié)果。


3)通過結(jié)構(gòu)、聲耦合分析,將電機(jī)定子外殼部位的諧響應(yīng)分析結(jié)果自動(dòng)導(dǎo)入 AcousticsACT 聲學(xué)計(jì)算模塊,作為噪聲分析的激勵(lì),進(jìn)行聲學(xué)分析。


最終通過 ANSYS 強(qiáng)大的電磁、振動(dòng)、噪音耦合場分析功能,完成了直流永磁電機(jī)的振動(dòng)噪音分析,得到了各頻率下電機(jī)定子外空氣區(qū)域的聲壓、聲壓級大小和聲速等。


開放分享:優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才

相關(guān)標(biāo)簽搜索:直流永磁電機(jī)電磁噪音分析 Maxwell電磁仿真培訓(xùn) Maxwell培訓(xùn)課程 Maxwell培訓(xùn)班 Maxwell在線視頻 Maxwell教程 Maxwell軟件教程 Maxwell資料下載 電機(jī)設(shè)計(jì)仿真 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn) Abaqus培訓(xùn) 

編輯
在線報(bào)名:
  • 客服在線請直接聯(lián)系我們的客服,您也可以通過下面的方式進(jìn)行在線報(bào)名,我們會(huì)及時(shí)給您回復(fù)電話,謝謝!
驗(yàn)證碼

全國服務(wù)熱線

1358-032-9919

廣州公司:
廣州市環(huán)市中路306號金鷹大廈3800
電話:13580329919
          135-8032-9919
培訓(xùn)QQ咨詢:點(diǎn)擊咨詢 點(diǎn)擊咨詢
項(xiàng)目QQ咨詢:點(diǎn)擊咨詢
email:kf@1cae.com