变频器供电对永磁电机振动噪声源的研究

变频器供电对永磁电机振动噪声源的研究

张辉,许中朋,李其涛

珠海格力电器股份有限公司 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司519000广东省珠海市

摘要：本文对变频器供电对永磁电机振动噪声源的研究进行了探讨。永磁电机振动噪声产生的主要原因有电磁力、不平衡力、机械共振等因素。变频器对永磁电机振动噪声的影响主要有PWM调制方式、输出波形质量、电机参数匹配、控制策略等因素。为了减小永磁电机的振动噪声，可以采用优化电机设计、优化变频器控制策略、优化输出波形质量、选择合适的工作点、定期维护和检修等方法。

关键词：永磁电机；变频器；振动噪声；电磁力；不平衡力；机械共振

引言：随着工业自动化的发展和电力电子技术的进步，变频器作为一种常用的电力调节设备，广泛应用于各种工业生产领域。变频器可以实现对电机的转速、转矩等参数的精确调节，提高电机的运行效率和性能。但是，在变频器的工作过程中，会产生一定的振动和噪声，这些噪声会对设备的性能和使用寿命产生不利影响，同时也会对生产车间的工作环境和工人的身体健康造成危害。因此，对变频器振动噪声的研究具有重要的理论和实际意义。

本文将以永磁电机为研究对象，从变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响入手，对其产生的原因、机理、影响因素以及控制措施进行深入探讨，旨在为相关领域的工程技术人员提供参考。

一、永磁电机振动噪声的产生原因

永磁电机是一种具有高效率、高功率密度和小体积的电机，广泛应用于机器人、空调、压缩机、水泵等领域。永磁电机由于具有永磁体，可以实现无刷式直流电机的转换，具有更高的效率和性能。但是，在永磁电机的实际运行过程中，会出现振动和噪声等问题，这些问题主要来自以下几个方面：

（一）磁通波动

永磁电机的永磁体和电机铁心之间存在磁场耦合作用，变频器输出的PWM信号会引起永磁体和铁心之间的磁通波动，产生磁振动。磁振动会引起电机内部产生机械振动和噪声。

（二）磁场变化

永磁电机的转子由永磁体组成，转子在转动过程中会受到变频器输出电流的作用，产生磁场变化，进而产生振动和噪声。

（三）电机内部磨损

永磁电机在长期使用过程中，由于电机内部零部件的磨损，如轴承、齿轮等，会产生机械振动和噪声。

（四）机械共振

永磁电机在运行过程中，如果存在与其自然频率相近的外力激励，就会引起机械共振，进而产生较大的振动和噪声。

以上是永磁电机振动噪声产生的主要原因，下面将重点探讨变频器供电对永磁电机振动噪声的影响。

二、变频器供电对永磁电机振动噪声的影响

变频器是永磁电机的重要供电设备，它能够根据需要调整电机的转速、转矩等参数，提高电机的运行效率和性能。然而，变频器供电对永磁电机振动噪声产生的影响也是不可忽视的。变频器对永磁电机振动噪声的影响主要有以下几个方面：

（一）PWM调制方式

变频器输出的PWM信号是通过对直流电压进行开关控制来实现的，不同的PWM调制方式会对永磁电机产生不同的影响。例如，常用的三角波PWM调制方式会产生较大的磁通波动，从而引起较大的振动和噪声；而SVPWM调制方式则可以有效减小磁通波动，降低振动和噪声。

（二）输出电压和电流的波形质量

变频器输出的电压和电流波形质量对永磁电机的振动噪声产生重要影响。如果输出电压和电流波形质量较差，会引起电机内部的磁通波动和机械振动，增加振动和噪声；而输出电压和电流波形质量较好，则可以减小振动和噪声。

（三）电机参数匹配

变频器供电的电机参数匹配也会对永磁电机的振动噪声产生影响。如果电机参数与变频器的设定不匹配，会引起电机内部磁场的不稳定，产生振动和噪声。

（四）控制策略

变频器的控制策略也会对永磁电机的振动噪声产生影响。例如，闭环控制可以通过对电机的转速、转矩等参数进行精确调节，降低振动和噪声；而开环控制则往往会引起较大的振动和噪声。

三、减小永磁电机振动噪声的方法

为了减小永磁电机的振动噪声，可以从以下几个方面入手：

（一）优化电机设计

优化电机设计可以带来多种好处，其中之一是降低电机内部的机械共振频率，这样可以有效地减小振动和噪声的产生。在实际应用中，我们可以采用多种方法来实现电机设计的优化。例如，可以考虑使用减震材料来降低电机振动和噪声的传递，或者通过减小铁心的厚度来减少电机的磁场损耗。此外，还可以通过调整转子的结构来进一步提高电机的效率和稳定性。总之，通过不断地优化电机设计，我们可以更好地满足用户的需求，同时提高电机的可靠性和性能。

（二）优化变频器控制策略

在永磁电机的应用中，变频器的控制策略对电机的性能和稳定性有着非常重要的影响。优化变频器的控制策略可以有效地减小变频器对永磁电机振动噪声的影响，提高电机的运行效率和稳定性。常见的控制策略包括闭环控制和开环控制等。

闭环控制是指通过传感器获取电机运行状态的反馈信号，并根据反馈信号实时调整变频器的输出信号，从而控制电机的转速和转矩。采用闭环控制可以更加精确地控制电机的运行状态，从而减小振动和噪声的产生。SVPWM调制方式是一种常用的变频器控制策略，它可以将直流电压转换为可控的交流电压，从而实现对电机的精确控制。与传统的PWM调制方式相比，SVPWM调制方式能够更加准确地控制电机的转速和转矩，从而减小电机的振动和噪声。

（三）优化变频器输出波形质量

在永磁电机的应用中，优化变频器的输出电压和电流波形质量是降低振动和噪声的另一种重要方法。因为不良的输出波形质量会导致电机内部的振动和噪声，降低电机的效率和可靠性。为了改善输出波形质量，可以采用多种技术来实现。

一种常见的方法是采用LC滤波器。LC滤波器是一种基于电感和电容的滤波器，可以将不良的输出波形通过滤波器的作用转换为更加平滑的波形，从而降低电机的振动和噪声。此外，还可以采用多级逆变器等技术来优化输出波形质量。多级逆变器可以将输出波形分段进行处理，从而实现更加精确的波形控制，有效地减小电机的振动和噪声。

（四）选择合适的工作点

选择合适的工作点可以减小永磁电机的振动噪声。例如，可以选择在电机的额定工作点或者工作点附近进行运行，避免在共振频率附近运行。

（五）定期维护和检修

定期维护和检修可以保证永磁电机的正常运行和减小振动噪声。例如，可以定期检查电机的机械结构和电气结构，及时发现和处理问题。

以上是减小永磁电机振动噪声的主要方法，应根据实际情况选择合适的方法进行应用。

结论：本文主要研究了变频器供电对永磁电机振动噪声的影响，并提出了减小振动噪声的方法。永磁电机振动噪声产生的主要原因有电磁力、不平衡力、机械共振等因素。变频器对永磁电机振动噪声的影响主要有PWM调制方式、输出波形质量、电机参数匹配、控制策略等因素。为了减小永磁电机的振动噪声，可以采用优化电机设计、优化变频器控制策略、优化输出波形质量、选择合适的工作点、定期维护和检修等方法。

参考文献：

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[3]张洋,刘军,刘智慧.变频调速系统对永磁同步电机振动噪声的影响研究[J].电机与控制学报,2016,20(8):54-58.

张辉，1989，男，汉族，湖北黄冈，硕士，中级工程师，从事电机，压缩机及制冷技术，空调系统，电力设备等方向研究