如何找出电机电磁振动与噪声的根源问题

基于MANATEE的电机全转速转矩范围噪声模态贡献度分析

为了确定噪声主要来源于哪阶模态，最好的办法是能够进行全转速范围的声压级内的噪声贡献度分析，MANATEE软件能够直接进行模态贡献度的分析计算。如果图中显示包含2阶模态对噪声有贡献，那么该径向电磁力中包含2阶电磁力。

强迫和共振状态的区别可以从静态和动态的径向振动速度来识别，如下图所示：

电机机座的动态径向振动速度

准静态振动分析

电机机座径向位移的二维FFT分解

亦可通过分析给定转速点的径向及切向力波的二位傅里叶分解来判断分析。该功能可以将电磁力与硅钢片的结构模态显示在同一图表，方便判断是否有共振现象。如，电磁力的力型、频率与结构模态的振型、频率是否重叠，进而判断是否有共振现象。

径向电磁力密度的二维FFT分解及各阶模态的固有频率

为了能够更加精确的识别引起高振动和高噪声的麦克斯韦电磁力，MANATEE提供了电机的变速阶次分析功能，如下图所示。阶次分析能够分析不同的阶次的噪声对总噪声的贡献度，并提取权重最大的噪声阶次。

那么这张图如何来分析呢？以异步电机为例，如阶次分析图显示，振动或噪声线的频率是f=fs(Zr/p+2)，Zr前面对应的系数为 1，那么对应的矩阵为转子磁导系数，相似的 r=2Zs-4p，说明谐波电磁力的波数2倍于定子槽磁导的矩阵秩。磁导的分析对于优化槽开口和斜极降噪分析非常重要。

阶次分析

MANATEE能够对噪声瀑布图进行直接的阶数分解，可直接分解为某阶电磁力产生的噪声强度，评估不同阶电磁力对噪声的贡献度，如下图所示：

噪声瀑布图的电磁力阶次分解

MANATEE能够定位识别影响电磁力的定转子磁导和磁动势谐波，进而为电机电磁力、电磁噪声的优化设计提供依据。以普锐斯48槽8极永磁同步电机为例，为了能够识别空载条件下的电磁力波，可在MANATEE后处理中直接运行相关指令，如下所示，从下图分析，可知：0阶电磁力波的主要谐波来源为基波的12倍频；8阶电磁力谐波的来源为基波的2倍频，12倍频，14倍频；

空载运行电磁力谐波来源分析

以上物理量的分析，还不足以对电机进行降噪设计，电磁降噪设计的关键是对定转子磁场谐波分析、磁导谐波分析及磁动势谐波分析，这些根源性分析都可在MANATEE中快速显示，在此不在一一赘述。电机的电磁根源问题分析具有非常复杂的机理，如果要更进一步分析，还可进行径向磁场与切向磁场的干涉对电磁力的研究，消减某次谐波对电磁力的影响，切向电磁力与径向电磁力在不同工况对噪声的贡献度等研究。

本文为作者在研究学习MANATEE软件及电机电磁噪声相关知识的经验总结，限于作者水平有限，如有不妥，敬请斧正。

文章来源：天源科技