船舶电力系统永磁同步电机振动噪声分析与仿真验证

船舶电力系统中的永磁同步电机（PMSM）作为关键组件，其性能不仅影响系统的效率，还显著影响船舶的舒适性和可靠性。本文由张兰勇和耿文杰两位专家合作撰写，针对PMSM的振动噪声问题进行了深入研究。他们注意到，在船舶电力推动系统中，电机的振动噪声是主要噪声源之一，因此，他们的研究着重于这一领域。 首先，文章探讨了振动噪声产生的根源，特别关注了径向电磁力，这是电机运行过程中由于电磁场不均匀导致的机械应力。通过建立数学模型，作者尝试理解这种力如何转化为振动噪声。他们利用ANSOFT软件进行磁场仿真，对电机的径向和切向电磁力进行了频谱分析，以此验证了径向电磁力模型的准确性。这个过程对于理解和控制电机振动噪声至关重要。 接下来，作者在ANSYS环境中对电机的机械特性进行了详细研究，包括整机固有模态和定子模态的分析。通过计算得到电机的各阶模态数值表，这有助于预测和减少振动源的潜在影响。模态测试的结果与仿真结果的误差控制在5%以内，确保了理论与实践的紧密衔接。 文章的核心部分是对电机在不同工作条件下的振动噪声特性进行实际测试。通过对电机在三种工况下进行噪声和振动特性数据的采集，进行频谱分析，作者发现高频段（高于1000Hz）的振动和噪声与共振现象有关，而低频段（1000Hz以下）则相对稳定，避免了可能的共振带来的不利影响。通过这种方式，他们成功地将电机的振动噪声特征与扭矩特征关联起来，为优化电机设计和噪声控制提供了新的方法论。 总结来说，本文不仅提供了PMSM振动噪声产生的物理机制理解，还通过仿真和实验验证了噪声控制策略的有效性。这对于提升船舶电力系统整体性能，降低环境噪音，以及提高乘客体验具有重要的实际意义。通过这些研究成果，可以为后续的电机设计改进和噪声抑制技术提供理论依据。