電機(jī)缺陷的案例
電機(jī)缺陷/故障對(duì)振動(dòng)噪聲的影響
Vibrate & 懿朵科技
本文首先通過(guò)有限元計(jì)算方法計(jì)算電機(jī)階次噪聲，借助電磁力階次及模態(tài)計(jì)算結(jié)果，分析電磁力階次與結(jié)構(gòu)模態(tài)的耦合特征。在此基礎(chǔ)上引入匝間短路、靜態(tài)偏心、動(dòng)態(tài)偏心三種缺陷，分別對(duì)比其電磁力階次特征與理想電機(jī)的差異。并分析對(duì)比缺陷導(dǎo)致的電磁噪聲差異對(duì)比及原因。
1 電機(jī)參數(shù)信息及分析方法
1.1 電機(jī)參數(shù)
計(jì)算中選擇某表貼式永磁同步電機(jī)為例。電機(jī)基本信息如表1所示：
表1 電機(jī)基本參數(shù)
電磁模型示意如下圖1-2所示，氣隙麥克思維壓力分布如圖3所示。
展開(kāi) 電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲研究綜述
2016年，于蓬等人對(duì)動(dòng)力總成在內(nèi)部激勵(lì)下的振動(dòng)進(jìn)行分析，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出電機(jī)內(nèi)部電磁激勵(lì)在高頻段對(duì)動(dòng)力總成的振動(dòng)影響較大，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了電機(jī)高頻噪聲研究的必要性。
3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲激勵(lì)源的研究
3．1 電機(jī)本身電磁激勵(lì)
2010年Islam等研究并分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的聲振特性，研究表明，徑向電磁力為電機(jī)振動(dòng)的主要激勵(lì)。2012年P(guān)ellerey將電磁徑向力和切向力波施加到電機(jī)殼體進(jìn)行分析，考慮了切向電磁力為振動(dòng)激勵(lì)f31。2014年Jean等人考慮了靜／動(dòng)態(tài)偏心等電機(jī)缺陷產(chǎn)生的影響。
3．2 動(dòng)力總成中的機(jī)械激勵(lì)
目前，電機(jī)一變速器一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的集成式驅(qū)動(dòng)模式，國(guó)內(nèi)已有對(duì)純電動(dòng)車(chē)動(dòng)力總成進(jìn)行聲振特性試驗(yàn)的研究，于蓬等人指出，動(dòng)力總成由于其特有的內(nèi)部綜合激勵(lì)使電機(jī)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生新特點(diǎn)，并對(duì)動(dòng)力總成的內(nèi)部激勵(lì)進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬，考慮了變速器齒輪嚙合激勵(lì)對(duì)電機(jī)的作用。2015年方源等人對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行了試驗(yàn)研究，利用頻譜分析證實(shí)了變速器齒輪嚙合頻率對(duì)電機(jī)的振動(dòng)噪聲影響較大。
展開(kāi) 行業(yè)應(yīng)用方案 | 基于聯(lián)合仿真的電機(jī)聲品質(zhì)分析
Ansys Acoustic模塊仿真的聲學(xué)結(jié)果往往不能直觀反映聲音的優(yōu)劣，而Ansys VRXPERIENCE Sound Pro軟件可以快速回放對(duì)比仿真結(jié)果，結(jié)合心理聲學(xué)指標(biāo)及主觀聽(tīng)感在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段借助虛擬模型對(duì)NVH性能做出準(zhǔn)確評(píng)估
與此同時(shí)，在電機(jī)設(shè)計(jì)初期沒(méi)有實(shí)物的情況下，Ansys VRXPERIENCE Sound Pro可以將仿真結(jié)果及測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行快速組合編輯，得以建立整個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或整車(chē)聲學(xué)虛擬樣機(jī)，評(píng)估電機(jī)產(chǎn)品在車(chē)內(nèi)的聲品質(zhì)，并指導(dǎo)電機(jī)或整車(chē)神聲品質(zhì)優(yōu)化工作
VRXPERIENCE Sound憑借完整、高效、便捷的聲音分析能力，以及聯(lián)合Ansys多物理場(chǎng)仿真工具的全新分析流程，為電機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)建聲學(xué)虛擬原型，幫助客戶體驗(yàn)，理解，定性和量化的分析噪音和振動(dòng)特性。
典型應(yīng)用案例
電機(jī)NVH性能評(píng)估
電機(jī)生產(chǎn)制造NVH缺陷仿真
整車(chē)電機(jī)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)
來(lái)源于：Ansys
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電機(jī)振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生以及控制：振動(dòng)和噪聲的來(lái)源
與電機(jī)相聯(lián)的齒輪、聯(lián)軸器有故障，齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴(yán)重，對(duì)輪潤(rùn)滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位，齒式聯(lián)軸器齒形、齒距不對(duì)、間隙過(guò)大或磨損嚴(yán)重，都會(huì)造成一定的振動(dòng)。
電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷，軸頸橢圓，轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小，軸承座、基礎(chǔ)板、地基的某部分乃至整個(gè)電機(jī)安裝基礎(chǔ)的剛度不夠。
安裝的問(wèn)題，電機(jī)與基礎(chǔ)板之間固定不牢，底腳螺栓松動(dòng)，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動(dòng)等。
軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小不僅可以造成振動(dòng)還可使軸瓦的潤(rùn)滑和溫度產(chǎn)生異常。
電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載傳導(dǎo)振動(dòng)，比如說(shuō)電機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵振動(dòng)，引起電機(jī)振動(dòng)。
交流電機(jī)定子接線錯(cuò)誤、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，同步電機(jī)勵(lì)繞組匝間短路，同步電機(jī)勵(lì)磁線圈聯(lián)接錯(cuò)誤，籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條，轉(zhuǎn)子鐵心變形造成定、轉(zhuǎn)子氣隙不均，導(dǎo)致氣隙磁通不平衡從而造成振動(dòng)。
展開(kāi) 電機(jī)技術(shù)干貨：振動(dòng)原因一網(wǎng)打盡，扁線繞組成新能源工業(yè)新寵
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</div><p>電機(jī)振動(dòng)是電機(jī)運(yùn)行中常見(jiàn)的問(wèn)題，不僅會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，還可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和生產(chǎn)效率下降。本文將詳細(xì)分析電機(jī)振動(dòng)的十大常見(jiàn)原因，并提供相應(yīng)的解決方法。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">1、電機(jī)振動(dòng)的十大原因</strong></p><p>1）. 轉(zhuǎn)子、耦合器、聯(lián)軸器、傳動(dòng)輪不平衡：這是電機(jī)振動(dòng)的常見(jiàn)原因之一，尤其是2-6極電機(jī)。</p><p>2）. 鐵心支架松動(dòng)：斜鍵、銷(xiāo)釘失效松動(dòng)，轉(zhuǎn)子綁扎不緊，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡。</p><p>3）. 聯(lián)動(dòng)部分軸系不對(duì)中：中心線不重合，定芯不正確，安裝過(guò)程中對(duì)中不良、安裝不當(dāng)。</p><p>4）. 聯(lián)動(dòng)部分中心線變形：冷態(tài)時(shí)重合一致，運(yùn)行一段時(shí)間后因轉(zhuǎn)子支點(diǎn)、基礎(chǔ)等變形，中心線被破壞。</p><p>5）. 與電機(jī)相聯(lián)的齒輪、聯(lián)軸器有故障：齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴(yán)重，對(duì)輪潤(rùn)滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位。</p><p>6）. 電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷：軸頸橢圓，轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小，軸承座、基礎(chǔ)板、地基剛度不夠。</p><p>7）. 安裝問(wèn)題：電機(jī)與基礎(chǔ)板之間固定不牢，底腳螺栓松動(dòng)，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動(dòng)。</p><p>8）.
展開(kāi) 電機(jī)為什么會(huì)振動(dòng)？有什么檢修措施？
典型案例：
a、循環(huán)水泵電機(jī)，運(yùn)行中振動(dòng)一直偏大，電機(jī)檢查無(wú)任何問(wèn)題，空載也一切正常，水泵班認(rèn)為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，最終檢查出電機(jī)找正中心差太多，水泵班從新進(jìn)行找正后，電機(jī)振動(dòng)消除。
b、鍋爐房引風(fēng)機(jī)在更換皮帶輪后，電機(jī)試運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)同時(shí)電機(jī)三相電流增大，檢查所有電路和電器元件沒(méi)有問(wèn)題最后發(fā)現(xiàn)皮帶輪不合格，更換后電機(jī)振動(dòng)消除，同時(shí)電機(jī)的三相電流也恢復(fù)正常。
三、電機(jī)混合原因
1、電機(jī)振動(dòng)往往是氣隙不勻，引起單邊電磁拉力，而單邊電磁拉力又使氣隙進(jìn)一步增大，這種機(jī)電混合作用表現(xiàn)為電機(jī)振動(dòng)。
2、電機(jī)軸向串動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子本身重力或安裝水平以及磁力中心不對(duì)，引起的電磁拉力，造成電機(jī)軸向串動(dòng)，引起電機(jī)振動(dòng)加大，嚴(yán)重情況下發(fā)生軸磨瓦根，使軸瓦溫度迅速升高。與電機(jī)相聯(lián)的齒輪、聯(lián)軸器有毛病。這種故障主要表現(xiàn)為齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴(yán)重，對(duì)輪潤(rùn)滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位，齒式聯(lián)軸器齒形、齒距不對(duì)、間隙過(guò)大或磨損嚴(yán)重，都會(huì)造成一定的振動(dòng)。
電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和安裝的問(wèn)題。這種故障主要表現(xiàn)為軸頸橢圓，轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小，軸承座、基礎(chǔ)板、地基的某部分乃至整個(gè)電機(jī)安裝基礎(chǔ)的剛度不夠，電機(jī)與基礎(chǔ)板之間固定不牢，底腳螺栓松動(dòng)，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動(dòng)等。而軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小不僅可以造成振動(dòng)還可使軸瓦的潤(rùn)滑和溫度產(chǎn)生異常。
展開(kāi) 干貨·詳解永磁電機(jī)
永磁電機(jī)正常工作下，轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)處于同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子部分沒(méi)有感應(yīng)電流，無(wú)轉(zhuǎn)子銅耗和磁滯、渦流損耗，不需要考慮轉(zhuǎn)子損耗發(fā)熱問(wèn)題。一般永磁電機(jī)為專用變頻器供電，天然具有軟啟動(dòng)功能。另外，永磁電機(jī)屬于同步電機(jī)，具有同步電機(jī)通過(guò)勵(lì)磁強(qiáng)弱調(diào)節(jié)功率因數(shù)的特點(diǎn)，因而功率因數(shù)可以設(shè)計(jì)到規(guī)定數(shù)值。
從起動(dòng)角度分析，緣于永磁電機(jī)由變頻電源或配套變頻器起動(dòng)的實(shí)際，永磁電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)很容易；與變頻電機(jī)的起動(dòng)相似，規(guī)避了普通籠型異步電機(jī)的起動(dòng)缺陷。
總之，永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)可以達(dá)到很高，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，近十幾年來(lái)市場(chǎng)十分火爆。
但是，失磁故障是永磁電機(jī)不可回避的問(wèn)題，當(dāng)電流過(guò)大或溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組溫度瞬間不斷攀升、電流急劇增大，永磁體迅速失磁。在永磁電機(jī)控制中，設(shè)定了過(guò)電流保護(hù)裝置，避免了電機(jī)定子繞組被燒毀的問(wèn)題，但由此而導(dǎo)致的失磁和設(shè)備停運(yùn)不可避免。
相對(duì)于其他電機(jī)，永磁電機(jī)在市場(chǎng)上的應(yīng)用還不是很普及，無(wú)論對(duì)于電機(jī)制造者還是使用者，都有一些未知的技術(shù)盲區(qū)，特別是涉及到與變頻器的匹配問(wèn)題，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重不符，必須反復(fù)驗(yàn)證。
永磁電機(jī)如何耐高溫
高低溫環(huán)境下永磁電機(jī)系統(tǒng)的器件特性和指標(biāo)變化大，電機(jī)模型與參數(shù)復(fù)雜，非線性度增加、耦合程度增加，功率器件損耗變化大，不但驅(qū)動(dòng)器的損耗分析與溫升控制策略復(fù)雜，而且四象限運(yùn)行控制更加重要，常規(guī)的驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)和電機(jī)系統(tǒng)控制策略不能滿足高溫環(huán)境的要求。
常規(guī)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)控制器工作在環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定條件下，而且很少考慮質(zhì)量、體積等指標(biāo)。然而在極端工況下，環(huán)境溫度在－70～180℃的寬溫區(qū)范圍內(nèi)變化，大部分的功率器件無(wú)法在此低溫中啟動(dòng)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器功能失效。
展開(kāi) 卓越產(chǎn)品最佳應(yīng)用 | Ansys 行業(yè)應(yīng)用方案系列巡展
Ansys解決方案：基于仿真的電機(jī)產(chǎn)品的NVH性能評(píng)估 | 電機(jī)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的聲品質(zhì)開(kāi)發(fā)及預(yù)測(cè)
典型應(yīng)用案例：電機(jī)NVH性能評(píng)估、電機(jī)生產(chǎn)制造NVH缺陷仿真、整車(chē)電機(jī)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)
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基于Motor-CAD的電機(jī)快速多學(xué)科設(shè)計(jì)與優(yōu)化
Ansys Motor-CAD 集成了電磁場(chǎng)有限元法、磁路法、熱路法、結(jié)構(gòu)有限元法，20 年積累的豐富電磁熱計(jì)算經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有效提升了不同種類(lèi)、不同冷卻型式電機(jī)電磁與熱計(jì)算的效率。
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