设计优化改善三相异步电动机噪音的措施,初步确定电磁方案后,通过有限元仿真分析,进行电磁激振力与零部件固有频率、振动模态分析、谐波响应分析、温度场计算;通过对多物理场耦合分析,反复迭代计算,进一步优化电磁设计方案,确定电机零部件尺寸及电机结构设计方案。电机结构设计时主要考虑材料选型、结构抗冲击分析、整体轻量化设计等方面。轴承选用时,注意轴承的受力状态和自身的噪音控制。端盖设计时注重质量分配、结构刚度强化以及冲击载荷,进行相关校核计算。根据设计方案,基于电磁力产生机理、零部件结构特点、振动传递路径、零部件应力消除及轴承安装与预紧等振动影响因素,开展电机全工序制造工艺研究,通过进一步优化电磁设计、采用高精度轴承、改进通风系统等措施,降低电机的振动和噪音。
低噪音三相异步电动机通过分析电动机定、转子气隙中的基波磁场和一系列谐波磁场的影响因素,采取措施削弱幅值较大的低频次径向力波。利用低噪声电磁设计软件,展开槽配合、定、转子槽型尺寸、转子斜槽和绕组型式等关键磁路参数设计,通过反复迭代计算,确定电机定、转子铁芯齿部、轭部磁通密度、气隙磁密、定、转子电流密度、热负荷及电气性能参数。运用Ansys Maxwell 2D分别进行电机稳态和瞬态电磁场有限元分析计算,根据电机电磁场稳态、瞬态及额定转速时的磁力线和磁通密度分布情况,进行磁场计算。空载及负载电磁激振力幅值,电磁激振力分布可通过绕组、槽型及气隙予以改善,使电磁设计更加合理。建立数学模型,结合 MATLAB 软件可得到2D磁通密度的分布特性。对电机进行有限元校核,考虑斜槽因素,进行时间和空间电磁激振力计算,通过优化槽斜度、槽型设计及绕组形式,降低电磁激振力幅值,从而降低电机振动噪声。通过电机振动模态有限元分析,确定电机内部结构的振动模式和频率的计算方法。基于有限元分析理论,将电机的结构和材料特性建模为有限元模型,利用数值求解方法计算出模态(振动特征),优化设计和改进电机性能,对电磁方案进行调整,重复迭代计算,直到各项达到最优效果,输出最终电磁设计方案。
低噪音三相异步电动机需要在常规产品结构基础上进行减振降噪设计,抗冲击设计,轻量化设计,电机轴承外圈防蠕动设计。优化电磁设计,采用合理的槽配合,有效抑制电磁噪声;采用合理的装配工艺,预防因机械原因产生的电磁噪声;定、转子冲片采用特殊槽形设计、铸铝转子特殊斜槽设计,可有效削弱电磁激振力;提高零部件的加工精度和转子动平衡精度,降低电动机振动;采用特殊定制的单旋向风扇,抑制电动机的空气噪声。
某型低噪音电机采用磁路法和有限元法开展三相异步电机电磁激励计算分析,磁路法采用低噪声电机电磁设计软件,软件考虑了铁心叠压系数、电源谐波、冲片轧制因素、定转子开槽的等影响因素,能够采用低谐波绕组形式,分析不同谐波次数的绕组系数及磁动势,计算空载和负载情况下产生激振力的气隙及组合谐波磁密,通过调整定转子槽型相关物理尺寸和绕组参数,降低主要谐波磁密,合理设计电机效率、功率因数、转矩等电气性能参数,初步确定电磁数据模型。有限元法采用三维电磁场分析,分析计算电磁场分布,并通过麦克斯韦应力张量法进一步求得气隙瞬时电磁力分布,运用优化分析处理功能或NVH仿真分析,对定转子槽型、转子斜槽度、绕组分布等进一步迭代分析计算,降低电机电磁力,最终确定电机电磁设计方案。制定低噪声电机全工序制造工艺和工装夹具,如定转子冲片轧制工艺、定子铁心叠压工艺、机座及端盖高精度加工制造工艺、消除应力的工艺措施、零部件装配工艺、轴承振动噪声控制及安装工艺、转子动平衡及整机动平衡工艺,设计定转子冲模、定子绕线模具、转子夹轴、铸铝模及其他机械加工用工装夹具,利用高精度加工机床和三坐标检测手段,实行“三定”原则,保证工艺方案的实施和验证。通过上述电磁和结构等方面的优化设计,以及全工序的工艺优化研究,最终该型电动机通过电气性能和流体与结构性能的检测,电气性能和结构噪声均满足该型产品的标准要求。
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