Магнитные вибрации сердечника статора магнитоэлектрического вентильного двигателя
Ключевые слова:
волны и частоты радиальных и тангенциальных натяжений, высшие гармоники магнитной индукции, амплитуды смещения и скорости вибрации, частотная характеристика шума, резонансные частоты, реактивный момент
Аннотация
Применительно к магнитоэлектрическому вентильному двигателю мощностью 150 кВт в статье рассматриваются радиальные и тангенциальные натяжения, вызывающие силовые воздействия на статорный сердечник. Анализируются порядки волн натяжений, скорости их перемещений и частоты вынужденных силовых воздействий. Исследуются электромагнитные моменты тангенциальных натяжений. Показано, что при несинусоидальном возбуждении ротора высшие гармоники одинаковых порядков магнитной индукции от магнитов ротора и токов статора вызывают электромагнитные моменты высокой частоты. Рассчитаны три резонансные частоты статорного сердечника при радиальных магнитных усилиях. Определены амплитуды радиального смещения и скорости вибрации статорного сердечника, которые оказались близкими к экспериментальным данным. Получена опытная частотная характеристика шума корпуса двигателя для режима холостого хода. Даны комментарии об источниках всплесков шума на ряде частот. Отмечено влияние недостаточно подавленного реактивного момента (момента «шагания») высокой частоты на шум двигателя. Показано, что наличие остаточного реактивного момента с амплитудой, измеренной из опыта, приводит к достаточно высокому всплеску шума корпуса двигателя на частоте 3500 Гц.
Литература
1. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. М.: Высшая школа, 1989, 312 с.
2. Ахматов М.Г. Синхронные машины. Специальный курс. М.: Высшая школа, 1984, 135 с.
3. Адволоткин Н.П. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат, 1984, 160 с.
4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
5. Афанасьев А.А. и др. Аналитическое и численное моделирование магнитоэлектрических вентильных двигателей. – Электричество, 2021, № 6, с. 72–78.
6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. СПб.: Лань, 2010, 608 с.
7. Детинко Ф.М., Загородная Г.А., Фастовский В.М. Прочность и колебания электрических машин. Л.: Энергия, 1969, 440 с.
8. Титов В.В. и др. Турбогенераторы. Л.: Энергия, 1967, 896 с.
9. Глебов И.А. Гидрогенераторы. Л.: Энергоиздат, 1982, 368 с.
10. Молотилов Б.В. и др. Холоднокатаные электротехнические стали: Справочник. М.: Металлургия, 1989, 168 с.
11. Шевчук Р.Э., Гаев А.В. Метод приближенного решения задачи о колебаниях сердечников статоров. – Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2017, т. 23, № 1, с. 98–106.
12. Лазароиу Д.Ф., Бикир Н. Шум электрических машин и трансформаторов. М.: Энергия, 1973, 271 с.
13. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 208 с.
14. Исаков В.М., Федорович М.А. Виброшумозащита в электромашиностроении. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 208 с.
15. Исакович М.М., Клейман Л.И., Перчанок Б.Х. Устранение вибрации электрических машин. Л.: Энергия, 1979, 200 с.
16. Кучер В.Я. Вибрация и шум электрических машин: Письменные лекции. СПб: СЗТУ, 2004, 81 с.
17. Астахов Н.В. и др. Расчёт магнитных вибраций асинхронных двигателей / Под ред. В.Я. Беспалова. М.: МЭИ, 1985, 96 с.
18. Электрические машины. М.: Изд-во стандартов, 1968, 528 с.
19. ГОСТ IEC 60034-14–2014. Машины электрические вращающиеся. Часть 14. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотами вала 56 мм и более. Измерения, оценка и пределы жесткости вибраций. М.: Стандартинформ, 2015, 12 с.
20. Noise and Vibration in PM Motors – Sources and Remedies [Электрон. ресурс], URL: https://ru.scribd.com/document/327754885/Noise-and-Vibration-in-PM-Motors-Sources-and-Remedies (дата обращения 19.10.2021).
21. Афанасьев А.А. Аналитические и численные методы решения задач электромеханики на основе комплексного магнитного потенциала. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017, 430 с.
22. Астахов Н.В. и др. Проектирование электрических машин с пониженными уровнями вибрации. Машины постоянного тока. М.: МЭИ, 1985, 75 с.
#
1. Ivanov-Smolenskiy A.V. Elektromagnitnye sily i preobrazovanie energii v elektricheskih mashinah (Electromagnetic Forces and Energy Conversion in Electric Machines). М.: Vysshaya shkola, 1989, 312 p.
2. Ahmatov M.G. Sinhronnye mashiny. Spetsial'nyy kurs (Synchro-nous machines. Special course). М.: Vysshaya shkola, 1984, 135 p.
3. Advolotkin N.P., et al. Upravlyaemye beskontaktnye dvigateli postoyannogo toka (Controlled contactless DC motors). Л.: Energoatomizdat, 1984, 160 p.
4. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
5. Afanas'ev А.А., et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 6, pp. 72–78.
6. Bronshteyn I.N., Semendyaev K.A. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov i uchashchihsya vtuzov (Handbook of Mathematics for Engineers and Students of Higher Education Institutions). SPb.: Lan', 2010, 608 p.
7. Detinko F.M., Zagorodnaya G.A., Fastovskiy V.M. Prochnost' i kolebaniya elektricheskih mashin (Strength and Vibrations of Electric Machines). L.: Energiya, 1969, 440 p.
8. Titov V.V., et al. Turbogeneratory (Turbo Generators). L.: Energiya, 1967, 896 p.
9. Glebov I.A. Gidrogeneratory (Hydro Generators). L.: Energoizdat, 1982, 368 p.
10. Molotilov B.V., et al. Holodnokatanye elektrotekhnicheskie stali: Spravochnik (Cold-Rolled Electrical Steels: Guide). М.: Metallurgiya, 1989, 168 p.
11. Shevchuk R.E., Gaev A.V. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU – in Russ. (Scientific and Technical Bulletin of SPbSPU), 2017, vol. 23, No. 1, pp. 98–106.
12. Lazaroiu D.F., Bikir N. Shum elektricheskih mashin i transformatorov (Noise of Electrical Machines and Transformers). М.: Energiya, 1973, 271 p.
13. Shubov I.G. Shum i vibratsiya elektricheskih mashin (Noise and Vibration of Electric Machines). L.: Energoatomizdat, 1986, 208 p.
14. Isakov V.M., Fedorovich М.А. Vibroshumozashchita v elektromashinostroenii (Vibration and Noise protection in Electric Machine Industry). L.: Energoatomizdat, 1986, 208 p.
15. Isakovich M.M., Kleyman L.I., Perchanok B.H. Ustranenie vibratsii elektricheskih mashin (Elimination of Electric Machine Vibration). L.: Energiya, 1979, 200 p.
16. Kucher V.Ya. Vibratsiya i shum elektricheskih mashin: Pis'mennye lektsii (Vibration and Noise of Electric Machines: Written Lectures). SPb: SZТU, 2004, 81 p.
17. Astahov N.V., et al. Raschyot magnitnyh vibratsiy asinhronnyh dvigateley (Calculation of Magnetic Vibrations of Asynchronous Motors) / Under ed. V.Ya. Bespalov. М.: МEI, 1985, 96 p.
18. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). М.: Izd-vo standartov, 1968, 528 p.
19. GОSТ IEC 60034-14–2014. Mashiny elektricheskie vra-shchayushchiesya. CHast' 14. Mekhanicheskaya vibratsiya nekotoryh vidov mashin s vysotami vala 56 mm i bolee. Izmereniya, otsenka i predely zhestkosti vibratsiy (Rotating electrical machines. Part 14 Mechanical vibration of certain machines with shaft heights S6 mm and higher. Measurement, evaluation and limits of vibration severity). М.: Standartinform, 2015, 12 p.
20. Noise and Vibration in PM Motors – Sources and Remedies [Electron. resource], URL: https://ru.scribd.com/document/327754885/Noise-and-Vibration-in-PM-Motors-Sources-and-Remedies (Date of appeal 19.10.2021).
21. Afanas'ev А.А. Analiticheskie i chislennye metody resheniya zadach elektromekhaniki na osnove kompleksnogo magnitnogo potentsiala (Analytical and Numerical Methods for Solving Problems of Electromechanics Based on a Complex Magnetic Potential). Cheboksary: Izd-vo Chuvash. un-ta, 2017, 430 p.
22. Astahov N.V., et al. Proektirovanie elektricheskih mashin s ponizhennymi urovnyami vibratsii. Mashiny postoyannogo toka (Design of Electric Machines with Reduced Vibration Levels. DC Machines). М.: МEI, 1985, 75 p.
2. Ахматов М.Г. Синхронные машины. Специальный курс. М.: Высшая школа, 1984, 135 с.
3. Адволоткин Н.П. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат, 1984, 160 с.
4. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
5. Афанасьев А.А. и др. Аналитическое и численное моделирование магнитоэлектрических вентильных двигателей. – Электричество, 2021, № 6, с. 72–78.
6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. СПб.: Лань, 2010, 608 с.
7. Детинко Ф.М., Загородная Г.А., Фастовский В.М. Прочность и колебания электрических машин. Л.: Энергия, 1969, 440 с.
8. Титов В.В. и др. Турбогенераторы. Л.: Энергия, 1967, 896 с.
9. Глебов И.А. Гидрогенераторы. Л.: Энергоиздат, 1982, 368 с.
10. Молотилов Б.В. и др. Холоднокатаные электротехнические стали: Справочник. М.: Металлургия, 1989, 168 с.
11. Шевчук Р.Э., Гаев А.В. Метод приближенного решения задачи о колебаниях сердечников статоров. – Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2017, т. 23, № 1, с. 98–106.
12. Лазароиу Д.Ф., Бикир Н. Шум электрических машин и трансформаторов. М.: Энергия, 1973, 271 с.
13. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 208 с.
14. Исаков В.М., Федорович М.А. Виброшумозащита в электромашиностроении. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 208 с.
15. Исакович М.М., Клейман Л.И., Перчанок Б.Х. Устранение вибрации электрических машин. Л.: Энергия, 1979, 200 с.
16. Кучер В.Я. Вибрация и шум электрических машин: Письменные лекции. СПб: СЗТУ, 2004, 81 с.
17. Астахов Н.В. и др. Расчёт магнитных вибраций асинхронных двигателей / Под ред. В.Я. Беспалова. М.: МЭИ, 1985, 96 с.
18. Электрические машины. М.: Изд-во стандартов, 1968, 528 с.
19. ГОСТ IEC 60034-14–2014. Машины электрические вращающиеся. Часть 14. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотами вала 56 мм и более. Измерения, оценка и пределы жесткости вибраций. М.: Стандартинформ, 2015, 12 с.
20. Noise and Vibration in PM Motors – Sources and Remedies [Электрон. ресурс], URL: https://ru.scribd.com/document/327754885/Noise-and-Vibration-in-PM-Motors-Sources-and-Remedies (дата обращения 19.10.2021).
21. Афанасьев А.А. Аналитические и численные методы решения задач электромеханики на основе комплексного магнитного потенциала. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017, 430 с.
22. Астахов Н.В. и др. Проектирование электрических машин с пониженными уровнями вибрации. Машины постоянного тока. М.: МЭИ, 1985, 75 с.
#
1. Ivanov-Smolenskiy A.V. Elektromagnitnye sily i preobrazovanie energii v elektricheskih mashinah (Electromagnetic Forces and Energy Conversion in Electric Machines). М.: Vysshaya shkola, 1989, 312 p.
2. Ahmatov M.G. Sinhronnye mashiny. Spetsial'nyy kurs (Synchro-nous machines. Special course). М.: Vysshaya shkola, 1984, 135 p.
3. Advolotkin N.P., et al. Upravlyaemye beskontaktnye dvigateli postoyannogo toka (Controlled contactless DC motors). Л.: Energoatomizdat, 1984, 160 p.
4. Vol'dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1978, 832 p.
5. Afanas'ev А.А., et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 6, pp. 72–78.
6. Bronshteyn I.N., Semendyaev K.A. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov i uchashchihsya vtuzov (Handbook of Mathematics for Engineers and Students of Higher Education Institutions). SPb.: Lan', 2010, 608 p.
7. Detinko F.M., Zagorodnaya G.A., Fastovskiy V.M. Prochnost' i kolebaniya elektricheskih mashin (Strength and Vibrations of Electric Machines). L.: Energiya, 1969, 440 p.
8. Titov V.V., et al. Turbogeneratory (Turbo Generators). L.: Energiya, 1967, 896 p.
9. Glebov I.A. Gidrogeneratory (Hydro Generators). L.: Energoizdat, 1982, 368 p.
10. Molotilov B.V., et al. Holodnokatanye elektrotekhnicheskie stali: Spravochnik (Cold-Rolled Electrical Steels: Guide). М.: Metallurgiya, 1989, 168 p.
11. Shevchuk R.E., Gaev A.V. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU – in Russ. (Scientific and Technical Bulletin of SPbSPU), 2017, vol. 23, No. 1, pp. 98–106.
12. Lazaroiu D.F., Bikir N. Shum elektricheskih mashin i transformatorov (Noise of Electrical Machines and Transformers). М.: Energiya, 1973, 271 p.
13. Shubov I.G. Shum i vibratsiya elektricheskih mashin (Noise and Vibration of Electric Machines). L.: Energoatomizdat, 1986, 208 p.
14. Isakov V.M., Fedorovich М.А. Vibroshumozashchita v elektromashinostroenii (Vibration and Noise protection in Electric Machine Industry). L.: Energoatomizdat, 1986, 208 p.
15. Isakovich M.M., Kleyman L.I., Perchanok B.H. Ustranenie vibratsii elektricheskih mashin (Elimination of Electric Machine Vibration). L.: Energiya, 1979, 200 p.
16. Kucher V.Ya. Vibratsiya i shum elektricheskih mashin: Pis'mennye lektsii (Vibration and Noise of Electric Machines: Written Lectures). SPb: SZТU, 2004, 81 p.
17. Astahov N.V., et al. Raschyot magnitnyh vibratsiy asinhronnyh dvigateley (Calculation of Magnetic Vibrations of Asynchronous Motors) / Under ed. V.Ya. Bespalov. М.: МEI, 1985, 96 p.
18. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). М.: Izd-vo standartov, 1968, 528 p.
19. GОSТ IEC 60034-14–2014. Mashiny elektricheskie vra-shchayushchiesya. CHast' 14. Mekhanicheskaya vibratsiya nekotoryh vidov mashin s vysotami vala 56 mm i bolee. Izmereniya, otsenka i predely zhestkosti vibratsiy (Rotating electrical machines. Part 14 Mechanical vibration of certain machines with shaft heights S6 mm and higher. Measurement, evaluation and limits of vibration severity). М.: Standartinform, 2015, 12 p.
20. Noise and Vibration in PM Motors – Sources and Remedies [Electron. resource], URL: https://ru.scribd.com/document/327754885/Noise-and-Vibration-in-PM-Motors-Sources-and-Remedies (Date of appeal 19.10.2021).
21. Afanas'ev А.А. Analiticheskie i chislennye metody resheniya zadach elektromekhaniki na osnove kompleksnogo magnitnogo potentsiala (Analytical and Numerical Methods for Solving Problems of Electromechanics Based on a Complex Magnetic Potential). Cheboksary: Izd-vo Chuvash. un-ta, 2017, 430 p.
22. Astahov N.V., et al. Proektirovanie elektricheskih mashin s ponizhennymi urovnyami vibratsii. Mashiny postoyannogo toka (Design of Electric Machines with Reduced Vibration Levels. DC Machines). М.: МEI, 1985, 75 p.
