变频器供电对永磁电机震动噪声源的影响研究

文章编号：2095-6835（2016）07-0068-01

摘 要：为了进一步探究永磁电机在变频器供电时噪声源的特征频率，采用有限元计算方法对永磁电机气隙场的频谱进行分析，在对定子气隙磁场谐波与转子气隙磁场谐波相互作用时所产生的电磁激振力及其频率予以说明的基础上，对永磁电机在正弦波和变频器供电的情况下，三维声场的有限元计算展开了深入研究。

关键词：变频器；永磁电机；噪声源；谐波

中图分类号：TN773 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.068

随着经济社会的不断发展，变频器和永磁电机已经被广泛应用于日常生活和工业生产中，给人们的生活带来了较大的便利。但是，在使用变频器的过程中，永磁电机的振动会带来相应的噪声，而电机在变频器供电的环境下会产生谐波，影响电磁的正常运行。由此可见，变频器供电是永磁电机振动噪声源的主要影响因素，加强对其研究，可以有效降低对永磁电机运行的影响，进而更好地提高永磁电机的使用效率。

借助有限元软件对盘式永磁同步电动机的三维瞬态磁场进行计算，并以麦克斯韦定律对作用在定子铁芯表面的变频器电磁激振力进行计算。当用变频器供电时，对作用在定子表面的电磁激振力的F-T（时间）波形进行分析可知，其频率与利用公式（4）算得的结果一致。对永磁电机进行分析可知，其振动与噪声均是由分布在其定子表面的电磁激振力所引起的，而电磁激振力的频率与电机振动的频率和噪声的频率也呈现出一一对应的关系，因此可借助电磁激振力频率的表达式计算变频器供电时永磁电机振动的频率和噪声的主要频率。

3 三维声场有限元计算及说明

对功率为20 kW的盘式永磁电机三维声场展开有限元计算，可以了解变频器供电对永磁电机振动噪声特性所产生的相关影响。在对电机的三维声场进行计算时，将正弦波电流和谐波电流（开关频率为3 kHz）加载至定子绕组中，从而实现对正弦波供电和变频器供电实际情况的模拟。为了进一步了解人耳对噪声响度的反应，噪声的计算结果均以A计权声压级来表示。根据有限元计算得到的在用正弦波和变频器供电时，永磁电机某一测量点的噪声A计权声压级频谱，可判断所测点的水平面高度是轴中心高0.224 m，而沿轴向同永磁电机外壳间保持1 m的距离。

根据所得测点在正弦波供电时的噪声频谱可知，在正弦波供电情况下，电机噪声的主要峰值大都集中在相对较低的频段。导致这种情况的原因是以正弦波供电时，电机噪声主要是由定子与转子谐波磁场间的相互作用而产生的，定子、转子谐波磁场幅值随着频率的升高而降低，同时，频率越高，电机振动噪声的影响就越小。

根据所得测点在变频器供电时的噪声频谱可知，气隙磁场总是在开关频率为3 kHz附近存在谐波，而永磁电机本身的声压级也在开关频率为3 kHz附近存在系列幅值。导致此种情况的原因是变频器电流的谐波与基波彼此相互调制，从而生成新的噪声峰值。对人耳进行分析可知，耳朵较为敏感的声音频率范围在1～6 kHz之间，而噪声频率的峰值也集中在此区间内，因此，当用变频器供电时，永磁电机辐射的噪声便会显著增大。

4 结束语

本文通过对变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响进行探究，得出如下结论：①当用变频器供电时，永磁电机定子的高次时间谐波频率满足关系式fk=k1fT±k2f0.②通过分析电机的电磁激振力可知，当用变频器供电时，永磁电机电磁激振力的频率计算公式为F=fk±f0=k1fT±k3fa.③当永磁电机以正弦波供电时，其振动噪声频率大都分布在低频段；而当其以变频器供电时，电机振动噪声的频率则主要集中在开关频率附近。

参考文献

[1]马琮淦，左曙光，孙庆，等.考虑时间谐波电流的永磁同步电机电磁噪声阶次特征分析[J].振动与冲击，2014，03（15）：108-113.

[2]韩雪岩，张哲，吴胜男，等.磁致伸缩对变频器供电永磁电机振动噪声影响[J].电机与控制学报，2015，04（12）：1-6.

[3]石峰，陈丽香，于慎波，等.不同极槽配合对永磁同步电动机电磁噪声的影响[J].电气技术，2013，01（05）：1-4.

〔编辑：刘晓芳〕