科创中国
牵引电机气动噪声仿真与试验验证
成果类型：: 新技术
发布时间: 2022-11-08 17:06:39
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：湖北省襄阳市| 赵亮 | 2022-12-08 11:19:46
高转速下，牵引电机气动噪声对电机整体噪声水平有重要影响。在电机设计阶段，缺乏有效手段预测电机的气动噪声水平，本文通过数值仿真方法对比分析了某型牵引电机在３种不同转速下的气动噪声大小，同时采用试验方法进行验证，最后得到满足对标要求的仿真计算路线，作为后期进行气动噪声预测的计算手段。
本研究提出一种具有单个电流传感器的永磁同步电机控制技术，并基于该技术提出相电流重构算法。由于ＳＶＰＷＭ引起的死区，重构算法存在一些限制。为了克服这些问题，提出调整后的ＳＶＰＷＭ。进行了仿真测试，以验证在不同开关频率和高转速下算法的可靠性。通过理论分析和试验验证：由于开关频率和载波周期较小，在高转速下会出现速度波动，这是由于电流采集点的数量不足以适当地重构相电流。可以得出结论，高转速控制的主要限制是载波周期。未来的工作旨在在实验室提供的实验测试台架上进行实验，实现并验证所开发算法的有效性。同时相对与传统的电流采样方案，单电流传感器方案降低了硬件成本，提高系统效率，并具有高性能和可靠性，可应用于永磁同步电机的高转速调速等场合。
该成果对 某 电 机 在 １９００ ｒ／ ｍｉｎ、 ３０００ ｒ／ ｍｉｎ 和４０００ ｒ／ ｍｉｎ 三种不同转速下， 分别作了流场和气动噪声仿真分析，对比不同转速下流场Ｑ准则分布、压力分布、 速度分布以及声源分布。将仿真结果与试验结果做了对比， 验证了仿真精度。
试验测试了 ３０００ ｒ／ ｍｉｎ 和 ４０００ ｒ／ ｍｉｎ 下电机各测点的 Ａ 计权声压级。 表 ３ 分别列出了不同转速下各测点的声压级和平均声压级， 以及对应的仿真结果。 ３０００ ｒ／ ｍｉｎ 时， 平均声压级误差为 １. ５６ ｄＢ， 各测点误差在 ３. ３９ ｄＢ 以内； ４０００ ｒ／ ｍｉｎ 时， 平均声压级误差为 ２. ３６ ｄＢ， 各测点误差在 ４. ５１ ｄＢ 以内。 ２个转速下的平均声压级误差较小， 说明声源的声功率误差较小， 流场仿真结果是可信的。
研究成员：李伟业，郝玉涛，陈瑞峰，吴江权，李奎
李伟业：襄阳中车电机技术有限公司副总经理、总工程师，作为特种电机技术突破者，他扎根基层潜心技术研究，带领团队屡屡攻克技术难题，永磁电机核心技术、跨座式单轨永磁牵引电机等多项技术成果填补国内外空白，打破国外技术垄断，为我国运载装备动力技术实现从“跟随”到“领跑”作出了重要贡献。他被聘为“湖北省科学技术厅科技专家库高端专家”，荣获“湖北省科学技术进步一等奖”。
为降低气动噪声的影响， 需要在电机设计阶段，通过仿真技术对其气动噪声进行预估与优化， 达到控制噪声的目的。Ｈｅｎｎｅｒ 等人对车用风机在非设计状态下的噪声进行了仿真分析， 复现了 ４０００ Ｈｚ 附近出现声压驼峰现象， 在此基础上对流场结果进行分析， 通过优化叶片消除了声压驼峰［３］。 Ｃｏｌｌｉｓｏｎ 通过 ＣＦＤ 和实验管道内测量的结合方法， 确认了涡流从风机叶轮后缘脱落时产生的噪音， 提出了一种设计， 以减少涡旋结构的相干性， 从而消除嘶嘶声［４］。 Ｔａｕｔｚ 对鼓风机进行仿真和测试的对比，其中仿真方法采用了Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ 方程和声扰动方程（ＡＰＥ）两种方法，这两种方法的结果与实验数据吻合都较好， 后者可将声压和湍流压分离， 提供了更多的声音激励信息［５］。 Ｌｕ⁃ｃｉｕｓ 采用仿真手段对汽车散热器风扇在加与不加导流罩情况下，上游干扰对风扇噪声的影响做了分析，并与测试对比，在４０００Ｈｚ以内均能达到较好的精度
链接文字技术许可、技术转让、作价入股、技术开发、技术服务等转化方式均可与成果方洽谈
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