基于MANATEE的電機全轉速轉矩范圍噪聲模態貢獻度分析

為了確定噪聲主要來源于哪階模態，最好的辦法是能夠進行全轉速范圍的聲壓級內的噪聲貢獻度分析，MANATEE軟件能夠直接進行模態貢獻度的分析計算。如果圖中顯示包含2階模態對噪聲有貢獻，那么該徑向電磁力中包含2階電磁力。

強迫和共振狀態的區別可以從靜態和動態的徑向振動速度來識別，如下圖所示：

電機機座的動態徑向振動速度

準靜態振動分析

電機機座徑向位移的二維FFT分解

亦可通過分析給定轉速點的徑向及切向力波的二位傅里葉分解來判斷分析。該功能可以將電磁力與硅鋼片的結構模態顯示在同一圖表，方便判斷是否有共振現象。如，電磁力的力型、頻率與結構模態的振型、頻率是否重疊，進而判斷是否有共振現象。

徑向電磁力密度的二維FFT分解及各階模態的固有頻率

為了能夠更加精確的識別引起高振動和高噪聲的麥克斯韋電磁力，MANATEE提供了電機的變速階次分析功能，如下圖所示。階次分析能夠分析不同的階次的噪聲對總噪聲的貢獻度，并提取權重最大的噪聲階次。

那么這張圖如何來分析呢？以異步電機為例，如階次分析圖顯示，振動或噪聲線的頻率是f=fs(Zr/p+2)，Zr前面對應的系數為 1，那么對應的矩陣為轉子磁導系數，相似的 r=2Zs-4p，說明諧波電磁力的波數2倍于定子槽磁導的矩陣秩。磁導的分析對于優化槽開口和斜極降噪分析非常重要。

階次分析

MANATEE能夠對噪聲瀑布圖進行直接的階數分解，可直接分解為某階電磁力產生的噪聲強度，評估不同階電磁力對噪聲的貢獻度，如下圖所示：

噪聲瀑布圖的電磁力階次分解

MANATEE能夠定位識別影響電磁力的定轉子磁導和磁動勢諧波，進而為電機電磁力、電磁噪聲的優化設計提供依據。以普銳斯48槽8極永磁同步電機為例，為了能夠識別空載條件下的電磁力波，可在MANATEE后處理中直接運行相關指令，如下所示，從下圖分析，可知：0階電磁力波的主要諧波來源為基波的12倍頻；8階電磁力諧波的來源為基波的2倍頻，12倍頻，14倍頻；

空載運行電磁力諧波來源分析

以上物理量的分析，還不足以對電機進行降噪設計，電磁降噪設計的關鍵是對定轉子磁場諧波分析、磁導諧波分析及磁動勢諧波分析，這些根源性分析都可在MANATEE中快速顯示，在此不在一一贅述。電機的電磁根源問題分析具有非常復雜的機理，如果要更進一步分析，還可進行徑向磁場與切向磁場的干涉對電磁力的研究，消減某次諧波對電磁力的影響，切向電磁力與徑向電磁力在不同工況對噪聲的貢獻度等研究。

本文為作者在研究學習MANATEE軟件及電機電磁噪聲相關知識的經驗總結，限于作者水平有限，如有不妥，敬請斧正。

文章來源：天源科技