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圖5 電機控制模塊案例介紹 本文基于簡單案例，演示如何通過外部電流控制策略，開展諧波注入對電驅(qū)系統(tǒng) NVH 特性影響的量化分析。

目標(biāo)：1、理解在 ANSYS 中進行諧波分析的工作流程；2、加深對共振與阻尼原理的理解，并掌握二者在工程實際中的應(yīng)用方法。步驟：1、打開 ANSYS Workbench，新建諧波響應(yīng)分析項目，并檢查單位設(shè)置。2、為所有零部件定義材料屬性。材料詳細參數(shù)可參考模型文件；本次仿真僅用于演示操作流程，非精密工程設(shè)計，因此所有材料參數(shù)均為假設(shè)取值。

模態(tài)分析是一種旨在找到特征解的線性分析；因此，在模態(tài)分析中不涉及力。非線性，如塑性和接觸（間隙）元素，即使已定義，也會被忽略。在該模型中，使用Block Lanczos方法提取具有圖22.6所示邊界條件的模式：在固定螺栓處定義的主節(jié)點。 諧波分析 諧波分析確定線性結(jié)構(gòu)對隨時間正弦（諧波）變化的負載的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。在一系列頻率范圍內(nèi)確定結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，并繪制響應(yīng)量（通常為位移）與頻率的關(guān)系圖。

次諧波沒有諧波出現(xiàn)的頻率高，只有在少數(shù)幾種場景才可能發(fā)生。次諧波頻率成分是比較難分析的，如果是人工分析，且提前根據(jù)轉(zhuǎn)速計算出了設(shè)備特征頻率，還是可以判斷出次諧波頻率的。如果是計算機軟件分析就比較困難了，這種頻率常常會被當(dāng)作未知頻率來處理，或者被當(dāng)作某個一倍頻來處理，這時候就會出現(xiàn)一些誤判。

因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內(nèi)，同時消除或減弱噪聲與振動，對變頻器進行散熱，以延長變頻器的使用壽命。　　2 變頻器應(yīng)用中一些問題的分析與處理　　2.1 對諧波問題的處理　　對諧波問題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。　　

對于三相整流負載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。 “諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀和19世紀已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。

而評估非線性失真的方法，就包含諧波失真、互調(diào)失真和差頻失真，這三種失真方式。諧 波 失 真 使用純音信號激勵 , f1 對頻率是基波f1的整數(shù)倍信號進行分析 Hn就是n次諧波 總諧波失真 (THD) 所有的失真分量相加諧波失真的激勵信號是一個純音，在基波頻率的整數(shù)倍頻率上，會由于純音的激勵產(chǎn)生失真信號。

我們進行了三項研究來分析永磁同步電動機模型: 瞬態(tài)分析，以確定給定轉(zhuǎn)速在時域中的電磁力。 傅里葉變換將時域力轉(zhuǎn)換為頻域中的不同諧波。頻域分析可以有效計算3D模型中的振動和噪聲。 在每次諧波和變化的旋轉(zhuǎn)速度下進行振動聲學(xué)分析。

由圖 5所示，生成的諧波均布荷載時長2s，當(dāng)分析步時間長度取10時，可求得，t=[0,20]second的受力行為。

因此，在進一步分析由諧波交互產(chǎn)生的諧波激振力時，應(yīng)主要考慮磁導(dǎo)的磁密波形分析結(jié)果。

文獻《不同極槽配合永磁同步電動機振動噪聲分析》利用 Ansoft 軟件計算電機的主極磁場，再通過諧波分析得出各次諧波的幅值，最后利用分析結(jié)果計算電機的電磁噪聲。

，還不足以對電機進行降噪設(shè)計，電磁降噪設(shè)計的關(guān)鍵是對定轉(zhuǎn)子磁場諧波分析、磁導(dǎo)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。

在該分析中忽略了聲學(xué)單元，但使用了MORPH命令來變形聲學(xué)單元，以便為下游線性擾動分析正確地成形聲學(xué)單元。在morphi命令上設(shè)置StrOpt=YES允許在模型中使用結(jié)構(gòu)單元進行變形： 預(yù)應(yīng)力全諧波響應(yīng)分析 使用對數(shù)跨度選項從20到20000 Hz進行頻率掃描。 在該諧波響應(yīng)分析中，使用線性攝動法來包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng)；考慮0.45V的DC偏置電壓效應(yīng)。

階次分析幫助確定每一個獨立零部件對Overalllevel 有多大的貢獻。同時，階次分析也能夠幫助工程師確定問題來源。

對于擾動模式疊加諧波分析，根據(jù)發(fā)動機階次激勵施加在風(fēng)扇葉片上的非定常流動壓力被視為諧波變化的負載。 分析和求解控制 非線性預(yù)應(yīng)力模式疊加諧波循環(huán)對稱性-線性擾動調(diào)諧響應(yīng)分析 在實際結(jié)構(gòu)的理想化的調(diào)諧分析中，所有葉片在葉片特性（例如剛度）方面被認為是相同的。 要執(zhí)行具有線性擾動的非線性預(yù)應(yīng)力模式疊加諧波循環(huán)對稱性分析，必須首先在靜態(tài)解中對具有非線性效應(yīng)的結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。

（5）仿真分析了不同混合疊壓方式下電機的齒槽轉(zhuǎn)矩。各次諧波幅值中最大差值約為11 mN·m，在一定的混合比例和總的分段數(shù)下，材料的分段數(shù)與混合疊壓順序?qū)﹄姍C齒槽轉(zhuǎn)矩，即能量的變化規(guī)律影響較小。

由圖5可以看出，優(yōu)化后的電機方案與優(yōu)化前相比，不同的時間和空間階次下電磁力諧波幅值均有所降低，且其空間最小非0階數(shù)為％ ,與理論分析結(jié)果一致。綜上所述，優(yōu)化后的電機方案其定子齒面受到的電磁力在進行快速傅里葉分解后，其空間諧波和時間諧波各階次的徑向電磁力密度幅值都有所下降，證明優(yōu)化的方案對減弱電磁振動噪聲是有效的。

電機在空載和負載工況下的氣隙磁密諧波分量相同，但由于電樞反應(yīng)諧波幅值增大,電機的電磁力波也會增大，因此在峰值功率8 000 r/min工況下進行電磁力波的2DFFT分析，分析結(jié)果如圖3所示。 由圖3可知，電機的電磁力波在0階0倍頻、6階2倍頻、-6階12倍頻及0階12倍頻處幅值較大。