變頻器供電對永磁電機震動噪聲源的影響研究

張溪海

文章編號：2095-6835（2016）07-0068-01

摘 要：為了進一步探究永磁電機在變頻器供電時噪聲源的特征頻率，采用有限元計算方法對永磁電機氣隙場的頻譜進行分析，在對定子氣隙磁場諧波與轉(zhuǎn)子氣隙磁場諧波相互作用時所產(chǎn)生的電磁激振力及其頻率予以說明的基礎上，對永磁電機在正弦波和變頻器供電的情況下，三維聲場的有限元計算展開了深入研究。

關(guān)鍵詞：變頻器；永磁電機；噪聲源；諧波

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.068

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，變頻器和永磁電機已經(jīng)被廣泛應用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，給人們的生活帶來了較大的便利。但是，在使用變頻器的過程中，永磁電機的振動會帶來相應的噪聲，而電機在變頻器供電的環(huán)境下會產(chǎn)生諧波，影響電磁的正常運行。由此可見，變頻器供電是永磁電機振動噪聲源的主要影響因素，加強對其研究，可以有效降低對永磁電機運行的影響，進而更好地提高永磁電機的使用效率。

借助有限元軟件對盤式永磁同步電動機的三維瞬態(tài)磁場進行計算，并以麥克斯韋定律對作用在定子鐵芯表面的變頻器電磁激振力進行計算。當用變頻器供電時，對作用在定子表面的電磁激振力的F-T（時間）波形進行分析可知，其頻率與利用公式（4）算得的結(jié)果一致。對永磁電機進行分析可知，其振動與噪聲均是由分布在其定子表面的電磁激振力所引起的，而電磁激振力的頻率與電機振動的頻率和噪聲的頻率也呈現(xiàn)出一一對應的關(guān)系，因此可借助電磁激振力頻率的表達式計算變頻器供電時永磁電機振動的頻率和噪聲的主要頻率。

3 三維聲場有限元計算及說明

對功率為20 kW的盤式永磁電機三維聲場展開有限元計算，可以了解變頻器供電對永磁電機振動噪聲特性所產(chǎn)生的相關(guān)影響。在對電機的三維聲場進行計算時，將正弦波電流和諧波電流（開關(guān)頻率為3 kHz）加載至定子繞組中，從而實現(xiàn)對正弦波供電和變頻器供電實際情況的模擬。為了進一步了解人耳對噪聲響度的反應，噪聲的計算結(jié)果均以A計權(quán)聲壓級來表示。根據(jù)有限元計算得到的在用正弦波和變頻器供電時，永磁電機某一測量點的噪聲A計權(quán)聲壓級頻譜，可判斷所測點的水平面高度是軸中心高0.224 m，而沿軸向同永磁電機外殼間保持1 m的距離。

根據(jù)所得測點在正弦波供電時的噪聲頻譜可知，在正弦波供電情況下，電機噪聲的主要峰值大都集中在相對較低的頻段。導致這種情況的原因是以正弦波供電時，電機噪聲主要是由定子與轉(zhuǎn)子諧波磁場間的相互作用而產(chǎn)生的，定子、轉(zhuǎn)子諧波磁場幅值隨著頻率的升高而降低，同時，頻率越高，電機振動噪聲的影響就越小。

根據(jù)所得測點在變頻器供電時的噪聲頻譜可知，氣隙磁場總是在開關(guān)頻率為3 kHz附近存在諧波，而永磁電機本身的聲壓級也在開關(guān)頻率為3 kHz附近存在系列幅值。導致此種情況的原因是變頻器電流的諧波與基波彼此相互調(diào)制，從而生成新的噪聲峰值。對人耳進行分析可知，耳朵較為敏感的聲音頻率范圍在1～6 kHz之間，而噪聲頻率的峰值也集中在此區(qū)間內(nèi)，因此，當用變頻器供電時，永磁電機輻射的噪聲便會顯著增大。

4 結(jié)束語

本文通過對變頻器供電對永磁電機振動噪聲源的影響進行探究，得出如下結(jié)論：①當用變頻器供電時，永磁電機定子的高次時間諧波頻率滿足關(guān)系式fk=k1fT±k2f0.②通過分析電機的電磁激振力可知，當用變頻器供電時，永磁電機電磁激振力的頻率計算公式為F=fk±f0=k1fT±k3fa.③當永磁電機以正弦波供電時，其振動噪聲頻率大都分布在低頻段；而當其以變頻器供電時，電機振動噪聲的頻率則主要集中在開關(guān)頻率附近。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕