基于“FEM+單位力波響應”混合模型的IPMSM振動源快速識別方法

劉郁冬, 李曉華, 盧 越, 曹海東

(1.上海電力大學, 上海 200090; 2.上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司,上海 200063)

永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有強轉矩、高功率密度、寬調速范圍和高效率等良好性能,已被廣泛應用于包括機器人、電動汽車等在內的眾多現代工業產品中,而受到廣泛關注[1]。然而,電機振動和噪聲會引起PMSM功耗增加、性能降低和壽命縮短等問題,甚至可能造成突發失磁的嚴重后果。這就大大限制了其在工業領域的應用范圍,尤其是在關鍵大功率應用場合。例如,在車輛行駛過程中存在啟動、爬坡和加減速等運行工況,不同調速方式和運行工況下電機的振動噪聲特性不同[1],會對電機運行的安全可靠性產生影響。研究認為,低階徑向電磁力波是PMSM振動噪聲的主要來源。整數槽多極對數PMSM的主要振動源是零階徑向電磁力波[2-5]。分數槽PMSM,比如12槽10極PMSM的振動源是2階徑向電磁力波[6-7]。逆變器供電產生的電流諧波主要有5次、7次低頻諧波和開關頻率處頻率為fc±2f和fc±4f(其中,fc為逆變器的開關頻率,f為電機的基頻)的高頻諧波[8-11],是目前PMSM的主要高頻振動噪聲源。逆變器供電對整數槽PMSM的影響主要是引入零階空間力波分量和槽數階空間力波分量[12];對分數槽PMSM的影響主要是引入低階空間力波分量[13]。

在電機振動噪聲的預測方面,有限元分析通常被認為是最精確的方法[14-15]。然而多物理場聯合仿真分析非常耗時,尤其是在考慮逆變器引入電流諧波的情況下[16]。文獻[17-20]提出了PMSM氣隙電磁力的快速計算方法,其中文獻[18]提出的定子等效圓環法,能夠快速計算定子結構的振幅。……