本發(fā)明屬于變頻電機(jī)設(shè)計(jì)，涉及抑制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的電機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在軌道交通、電動(dòng)汽車、航空航天、制冷與空調(diào)等多個(gè)領(lǐng)域廣泛使用，其pwm逆變開關(guān)控制過程中產(chǎn)生的dv/dt、di/dt產(chǎn)生電磁干擾，隨著半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)展，器件開關(guān)頻率的升高其電磁干擾發(fā)射頻譜范圍變寬，導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載側(cè)存在嚴(yán)重的電磁干擾問題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出側(cè)電磁干擾與電機(jī)負(fù)載形成干擾電流回路，同時(shí)定子繞組電流中含有大量的高次諧波，使氣隙電磁場(chǎng)也產(chǎn)生大量的諧波，顯著影響電機(jī)氣隙電磁場(chǎng)的幅值。電磁干擾會(huì)引發(fā)電機(jī)振動(dòng)，也會(huì)增加變頻調(diào)速過程的系統(tǒng)噪聲，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行使得軸承腐蝕、電機(jī)絕緣失效，加速電機(jī)故障的發(fā)生，減少電機(jī)的使用壽命。為了避免電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電機(jī)正常工作造成影響，需要一種電機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可以有效降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電機(jī)負(fù)載側(cè)的電磁干擾，削弱電磁干擾引起的電機(jī)振動(dòng)和軸電流對(duì)軸承的腐蝕，保障多種場(chǎng)合下電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供抑制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的電機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法，通過該方法設(shè)計(jì)的電機(jī)能夠避免電磁干擾，降低電機(jī)運(yùn)行故障。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，抑制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的電機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n的設(shè)計(jì)、電機(jī)定子繞組單根并繞漆包線并繞股數(shù)n的設(shè)計(jì)、電機(jī)定子繞組的絕緣墊紙厚度dz的設(shè)計(jì)。

3、本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

4、電機(jī)軸承滾珠的數(shù)量n的設(shè)計(jì)過程為：

5、為了使得電機(jī)軸承內(nèi)滾道與電機(jī)軸承外滾道之間總寄生電容cb減少至cbm的50％以下，因此，電機(jī)軸承滾珠的數(shù)量n的上限值由如下公式(1)表示：

6、

7、其中，εb為軸承滾道潤(rùn)滑油的介電常數(shù)，lb為軸承滾道寬度，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，rib為軸承內(nèi)滾道半徑，εa為空氣的介電常數(shù)，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離，da為相鄰兩個(gè)電機(jī)軸承滾珠之間的距離；

8、為了保證電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，電機(jī)軸承滾珠的數(shù)量n的下限值可由公式(2)表示：

9、

10、其中，α為安全裕量，fr為電機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)下軸承所受徑向力，q為每個(gè)電機(jī)軸承滾珠所承受最大載荷；

11、在保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行性能的同時(shí)使得軸承內(nèi)外滾道間總寄生電容cb減少50％，電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n的范圍可由公式(3)表示：

12、

13、其中，α為安全裕量，fr為電機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)下軸承所受徑向力，q為每個(gè)電機(jī)軸承滾珠所可承受最大載荷，εb為軸承滾道潤(rùn)滑油的介電常數(shù)，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，rib為軸承內(nèi)滾道半徑，εa為空氣的介電常數(shù)，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離，da為電機(jī)軸承滾珠與電機(jī)軸承滾珠之間的距離。

14、對(duì)所述電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)軸承滾珠與內(nèi)外滾道間油膜寄生電容cb11與cb12由公式(4)表示：

15、

16、其中，εb為軸承滾道潤(rùn)滑油的介電常數(shù)，lb為軸承滾道寬度，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離；

17、對(duì)所述電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n設(shè)計(jì)時(shí)，軸承內(nèi)外滾道空氣間隙的寄生電容cb13由公式(5)表示：

18、

19、其中，εa為空氣的介電常數(shù)，da為相鄰兩個(gè)電機(jī)軸承滾珠之間的距離，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離；

20、對(duì)電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n設(shè)計(jì)時(shí)，軸承內(nèi)外滾道間總寄生電容cb由公式(6)表示：

21、

22、其中，n為軸承滾珠的數(shù)量，lb為軸承滾道寬度，εb為軸承滾道潤(rùn)滑油的介電常數(shù)，εa為空氣的介電常數(shù)，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，da為電機(jī)軸承滾珠與電機(jī)軸承滾珠之間的距離，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離。

23、對(duì)電機(jī)軸承滾珠數(shù)量n設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)軸承內(nèi)滾道與電機(jī)軸承外滾道之間寄生電容cbm由公式(7)表示：

24、

25、其中，εb為軸承滾道潤(rùn)滑油的介電常數(shù)，lb為軸承滾道寬度，db為電機(jī)軸承滾珠的直徑，rib為軸承內(nèi)滾道半徑，db為電機(jī)軸承滾珠與軸承滾道間的距離。

26、電機(jī)定子繞組單根并繞漆包線的并繞股數(shù)n設(shè)計(jì)過程為：

27、定子繞組單根并繞漆包線的等效半徑rw由公式(8)表示：

28、

29、其中，n為定子繞組單根并繞漆包線并繞的股數(shù)，r2為定子繞組單股漆包線的半徑；

30、定子繞組單根并繞漆包線與定子槽側(cè)壁和定子槽底部的等效耦合面積由公式(9)表示：

31、

32、其中，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，n為定子繞組單根并繞漆包線并繞的股數(shù)，r2為定子繞組單股漆包線的半徑；

33、電機(jī)單個(gè)定子槽內(nèi)，電機(jī)定子繞組與定子槽側(cè)壁的寄生電容由公式(10)表示：

34、

35、其中，εq為定子繞組單股漆包線漆包層的介電常數(shù)，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，m1為定子槽側(cè)壁位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，n為定子繞組單根并繞漆包線并繞的股數(shù)，r2為定子繞組單股漆包線的半徑，r1為定子繞組單股漆包線芯的半徑；

36、電機(jī)單個(gè)定子槽內(nèi)，電機(jī)定子繞組與定子槽底部的寄生電容由公式(11)表示：

37、

38、其中，εq為定子繞組單股漆包線漆包層的介電常數(shù)，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，m2為定子槽底部位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，n為定子繞組單根并繞漆包線并繞的股數(shù)，r2為定子繞組單股漆包線的半徑，r1為定子繞組單股漆包線芯的半徑；

39、電機(jī)定子繞組與電機(jī)定子之間總寄生電容cwf由公式(12)表示：

40、

41、其中，εq為定子繞組單股漆包線漆包層的介電常數(shù)，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，m1為定子槽側(cè)壁位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，m2為定子槽底部位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，p為電機(jī)定子槽的數(shù)量；

42、電機(jī)定子繞組與電機(jī)定子之間的寄生電容不能大于cwfm，cwfm由公式(13)表示：

43、

44、其中，igb_3mhz為電機(jī)系統(tǒng)在頻率3mhz共模干擾電流最大限值，ω3mhz為頻率為3mhz的角頻率，vgb_3mhz為電機(jī)系統(tǒng)在頻率3mhz共模干擾電壓最大限值，lw為電機(jī)定子繞組的寄生電感；

45、電機(jī)定子繞組單根并繞漆包線的并繞股數(shù)n應(yīng)滿足公式(14)：

46、

47、其中，r2為定子繞組單股漆包線的半徑，r1為定子繞組單股漆包線芯的半徑，εq為定子繞組單股漆包線漆包層的介電常數(shù)，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，m1為定子槽側(cè)壁位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，m2為定子槽底部位置處電機(jī)定子繞組的根數(shù)，p為電機(jī)定子槽的數(shù)量。

48、電機(jī)定子繞組的絕緣墊紙厚度dz的設(shè)計(jì)過程為：

49、由絕緣墊紙產(chǎn)生的寄生電容由公式(15)表示：

50、

51、其中，p為電機(jī)定子槽的數(shù)量，εz為絕緣墊紙的介電常數(shù)，lfs為定子槽側(cè)壁的長(zhǎng)度，lfd為定子槽底部的寬度，lw為電機(jī)定子的長(zhǎng)度，dz為絕緣墊紙的厚度；

52、在添加絕緣墊紙后電機(jī)定子繞組與電機(jī)定子之間總寄生電容cwfz由公式(16)表示：

53、

54、其中，p為電機(jī)定子槽的數(shù)量，lfs為定子槽側(cè)壁的長(zhǎng)度，lfd為定子槽底部的寬度；

55、為使得電機(jī)定子繞組與電機(jī)定子之間的寄生電容降低至原來的50％，電機(jī)定子繞組絕緣墊紙的厚度dz由公式(17)表示：

56、

57、本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法可以針對(duì)電機(jī)本體中高頻電磁干擾電流的流通路徑，設(shè)計(jì)了一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的方法，通過減少電機(jī)各部件之間的耦合距離與耦合面積，實(shí)現(xiàn)大幅削弱電機(jī)本體中電磁干擾，防止電機(jī)因電磁干擾而發(fā)生電機(jī)振動(dòng)和發(fā)出噪聲以及轉(zhuǎn)子軸承受軸電流腐蝕的問題，保證了電機(jī)正常工作的可靠性和穩(wěn)定性。