肖 陽 宋金元 屈仁浩 蔣偉康

變頻諧波對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲特性的影響規(guī)律

肖 陽1,2宋金元3屈仁浩3蔣偉康3

（1. 武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所 武漢 430064 2. 艦船綜合電力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 436000 3. 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 上海 200240）

變頻電機(jī)的振動(dòng)噪聲是影響電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用的重要因素。為更準(zhǔn)確掌握變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲激勵(lì)，設(shè)計(jì)低噪聲變頻電機(jī)，該文建立變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲特性的一種分析模型，從變頻機(jī)理出發(fā)，推導(dǎo)正弦脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器的輸出諧波，再根據(jù)麥克斯韋定律計(jì)算分析變頻激勵(lì)下電機(jī)氣隙的電磁激勵(lì)力特性，并基于有限元法建立電磁-固-聲多場(chǎng)耦合仿真計(jì)算模型，最后通過對(duì)比實(shí)測(cè)電機(jī)的聲功率總結(jié)出變頻諧波對(duì)變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲特性的影響。分析結(jié)果表明，電機(jī)振動(dòng)噪聲在低頻部分的諧波由電機(jī)的調(diào)制頻率產(chǎn)生，而變頻器引入的高頻諧波會(huì)使電機(jī)在開關(guān)頻率附近輻射大量的噪聲，因此，低噪聲變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)必須消除或者削弱這些諧波。

變頻電機(jī) 振動(dòng)噪聲 變頻諧波 電磁-固-聲耦合仿真

0 引言

變頻電機(jī)的振動(dòng)噪聲性能與電動(dòng)汽車用戶的乘車體驗(yàn)密切相關(guān)，受到電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品相關(guān)行業(yè)的廣泛關(guān)注。電磁噪聲是電機(jī)噪聲的主要成分，由氣隙中的電磁徑向力波作用到定子上產(chǎn)生[1]。變頻驅(qū)動(dòng)下的電磁徑向力波會(huì)含有豐富的諧波[2]，使電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性更加復(fù)雜[3-6]。因此，電機(jī)在變頻激勵(lì)下的電磁振動(dòng)噪聲特性受到了越來越多的重視。

針對(duì)變頻電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲問題，可以通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法研究振動(dòng)噪聲頻譜。Y. Asano[7]解析計(jì)算電機(jī)的電磁徑向力波，考慮了定子的槽參數(shù)，并分析了徑向力的頻率特性，發(fā)現(xiàn)同步電機(jī)中徑向電磁力的幅值隨定子繞組相數(shù)的增加呈減小的趨勢(shì)。唐任遠(yuǎn)等[8]采用有限元法（Finite Element Method, FEM）計(jì)算變頻供電時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，總結(jié)了氣隙磁場(chǎng)主要諧波頻率與開關(guān)頻率的關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析變頻電機(jī)的噪聲頻譜。毛鈺等[9]采用實(shí)驗(yàn)與解析法分析了電流諧波等因素對(duì)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響。A. Ruiz- Gonzalez等[10]通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，變頻器的調(diào)制方式對(duì)電機(jī)的振動(dòng)噪聲有較大影響。A. C. Binojkumar等[11]以實(shí)驗(yàn)的方式研究了變頻電機(jī)的輻射噪聲特性，發(fā)現(xiàn)在高頻時(shí)，電磁噪聲比空氣動(dòng)力噪聲與機(jī)械噪聲更為突出。林福等[12]提出了帶有諧波電流輸入時(shí)電機(jī)噪聲計(jì)算的半解析法用于快速分析電機(jī)振動(dòng)噪聲，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。李文等[13]通過實(shí)驗(yàn)研究開關(guān)頻率對(duì)變頻電機(jī)振動(dòng)的影響，發(fā)現(xiàn)增加開關(guān)頻率可以減小電機(jī)的高頻振動(dòng)。Wang Chong等[14]通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量了變頻電機(jī)的聲功率譜，發(fā)現(xiàn)變頻諧波對(duì)噪聲的影響隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而減小的趨勢(shì)。

上述研究主要關(guān)注變頻器的開關(guān)頻率對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲的影響，但鮮有電機(jī)調(diào)制頻率對(duì)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)和振動(dòng)噪聲的研究報(bào)道。盡管實(shí)驗(yàn)測(cè)量電機(jī)振動(dòng)噪聲特性的結(jié)果準(zhǔn)確性高，但是在樣機(jī)方案不確定的電機(jī)優(yōu)化降噪設(shè)計(jì)過程中，僅依賴實(shí)驗(yàn)測(cè)量會(huì)有很大的局限性。

為了更好地認(rèn)識(shí)變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲激勵(lì)，為低噪聲變頻電機(jī)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐，本文建立了變頻驅(qū)動(dòng)下電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲特性分析模型，從變頻機(jī)理出發(fā)，計(jì)算出變頻器的輸出電壓，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行二維傅里葉變換，進(jìn)而計(jì)算出變頻器輸出電信號(hào)的諧波成分并通過仿真對(duì)變頻器模型進(jìn)行了模擬計(jì)算；再根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，計(jì)算出變頻電機(jī)氣隙磁場(chǎng)徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式，進(jìn)而推導(dǎo)出變頻激勵(lì)下電機(jī)徑向電磁力波的頻率特性，接著采用電磁-固-聲多場(chǎng)耦合仿真分析了電機(jī)在變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)的電磁振動(dòng)噪聲規(guī)律。最后通過對(duì)某大型電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的振動(dòng)噪聲進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，驗(yàn)證了本文分析模型的準(zhǔn)確性。

1 變頻器輸出諧波分析

1.1 SPWM數(shù)學(xué)模型

正弦脈寬調(diào)制（Sinusoidal Pulse Width Modu- lation, SPWM）是電機(jī)中使用較為成熟廣泛的方法，被廣泛地應(yīng)用于各行業(yè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制當(dāng)中[15-17]，常見的三相SPWM變頻方式的逆變電路如圖1a所示。圖中，U、V、W為電壓的三相橋臂，而S1～S6為逆變電路的6個(gè)開關(guān)，同相的兩個(gè)開關(guān)同一時(shí)刻只能打開1只，d為直流側(cè)的電壓源，一般由整流電路濾波后輸出，通過控制6個(gè)開關(guān)的通斷，可以在輸出端得到交變電流，在SPWM中，開關(guān)的通斷由一系列正弦排列的脈沖控制，輸出的信號(hào)在經(jīng)過濾波電路后，便可以得到近似正弦變化的電信號(hào)[18]。

1.2 變頻器輸出諧波分析

控制U相開關(guān)的調(diào)制信號(hào)如圖1b所示。開關(guān)信號(hào)由三角載波信號(hào)與調(diào)制波正弦信號(hào)共同控制，當(dāng)三角波信號(hào)幅值大于正弦信號(hào)時(shí)，S1閉合，UO間電動(dòng)勢(shì)為0，否則S1斷開，UO間電動(dòng)勢(shì)為d。單位幅值的三角載波信號(hào)tr的數(shù)學(xué)模型[18]為

同理可以寫出調(diào)制波信號(hào)sin的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

UO之間的電壓可以表示為

對(duì)電信號(hào)UO進(jìn)行二維傅里葉變換可以得到包含、的諧波分量，從而分析調(diào)制頻率以及開關(guān)頻率對(duì)變頻輸出的影響為

（1）直流分量。=0,=0。

（2）與調(diào)制頻率e有關(guān)的諧波項(xiàng)。=0,≠0。

（3）與開關(guān)頻率c有關(guān)的諧波項(xiàng)?！?。

式中，J為階第一類貝塞爾函數(shù)。

從各諧波系數(shù)的表達(dá)式可以看出，變頻輸出的交流信號(hào)主要包含調(diào)制頻率e的正弦信號(hào)，除此之外，由于變頻調(diào)制的影響，在開關(guān)頻率c附近會(huì)產(chǎn)生大量的諧波。將調(diào)制波信號(hào)相位增加2p/3，代入式（4）中，即可得到V相電壓UO(,)，然后對(duì)兩相電壓做差，可以得到變頻器的線電壓UV(,)。

由于V相電壓的表達(dá)與本節(jié)前述分析相似，此處不再贅述，僅對(duì)輸出線電壓輸出UV(,)的頻率特性進(jìn)行陳述。輸出信號(hào)主要包含兩種類型的諧波：

（1）與調(diào)制頻率e有關(guān)的諧波項(xiàng)。=0,≠0。

（2）與開關(guān)頻率c有關(guān)的諧波項(xiàng)?！?。

本文建立SPWM模式變頻器的逆變電路的模擬器，變頻電路輸出信號(hào)頻譜如圖2所示，并和解析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。所仿真三相變頻器的調(diào)制頻率為28Hz，載波頻率即開關(guān)頻率設(shè)置為10kHz，外接濾波電感為5×10-4F，仿真結(jié)果如圖2所示。所仿真變頻器的輸出信號(hào)的頻率特性與解析模型的結(jié)果保持一致，相電壓除了調(diào)制頻率28Hz處的信號(hào)外，在開關(guān)頻率10kHz以及附近會(huì)產(chǎn)生幅值較高的諧波信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)導(dǎo)致變頻電機(jī)既產(chǎn)生低頻電磁力，又產(chǎn)生高頻電磁力，進(jìn)而輻射出以兩個(gè)頻段為主的電磁噪聲。幅值上仿真結(jié)果會(huì)低于解析結(jié)果，這是因?yàn)樵诮馕瞿Ｐ椭校⑽纯紤]外接濾波電路對(duì)輸出信號(hào)的影響，濾波電路的耗能元件會(huì)使結(jié)果變低，同時(shí)也會(huì)在調(diào)制頻率附近引入這些元器件的頻率，但從圖2中可以看出，這些頻率的信號(hào)幅值可以忽略不計(jì)。

2 變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁激勵(lì)力分析

2.1 變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)分析

電機(jī)氣隙磁場(chǎng)主要由定子繞組電流感應(yīng)出的磁場(chǎng)以及轉(zhuǎn)子永磁體或繞組感應(yīng)的電流合成。將定子沿母線方向展開，以旋轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)，由電機(jī)學(xué)理論，氣隙中的徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度可以由氣隙磁導(dǎo)與磁動(dòng)勢(shì)r的乘積表示[1]，有

式中，為轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)空間諧波的階次；r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子繞組基波電流的關(guān)系為e=r。

式中，為電機(jī)定子的槽數(shù)。

將式（11）～式（13）代入式（10）中，可以得到變頻電機(jī)氣隙的徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度表達(dá)式為

2.2 變頻電機(jī)電磁激勵(lì)力分析

根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力張量理論，電機(jī)氣隙單位面積上的電磁激勵(lì)力可用徑向應(yīng)力張量表示[12]為

式中，0為真空中的介電常數(shù)。由于氣隙中磁感線的方向主要沿徑向，切向磁感應(yīng)強(qiáng)度可以忽略不 計(jì)[20]，因此可以認(rèn)為，徑向電磁激勵(lì)力主要與徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。

將式（14）計(jì)算得到的變頻電機(jī)氣隙磁場(chǎng)代入式（15），可以得到變頻電機(jī)電磁激勵(lì)力的表達(dá)式為

式中，正負(fù)號(hào)是由積化和差公式推導(dǎo)而來，與時(shí)間項(xiàng)有關(guān)的頻率分別為0, 2e, ( ±1)e,c±e,c±e, 2c。由于為奇數(shù)，因此除直流分量外，低頻部分的電磁力諧波頻率主要為2倍輸入電流基頻的倍頻，高頻電磁力的頻率則主要分布在開關(guān)頻率c兩邊，與開關(guān)頻率相差奇數(shù)倍的電流基頻。而從表達(dá)式中空間角度項(xiàng)的系數(shù)也可分析出電磁力的空間諧波階次，由于、均為奇數(shù)，同時(shí)整數(shù)槽電機(jī)中，槽數(shù)是極對(duì)數(shù)的整數(shù)倍，因此電磁力的空間諧波階次可以表示為極對(duì)數(shù)的偶數(shù)倍，即qr=qr，qr=0, 2, 4,…。

3 變頻電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲分析

變頻電機(jī)作為一多自由度系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)，其振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型可以用多自由度振動(dòng)方程表示[12]為

式中，、、分別為變頻電機(jī)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼以及剛度矩陣，由結(jié)構(gòu)以及材料的機(jī)械特性決定；為電機(jī)的多自由度位移向量，向量上的點(diǎn)表示對(duì)位移求導(dǎo)；為電機(jī)受到的外力向量，在電磁振動(dòng)中即為2.2節(jié)分析的電磁激勵(lì)力。

通過式（17）求得電機(jī)表面的位移以及振速后，根據(jù)空氣中波動(dòng)方程可求解出變頻電機(jī)在電磁激勵(lì)力作用下輻射的噪聲[11]，有

式中，為柱坐標(biāo)系，由于變頻電機(jī)外形主體為圓柱形，因此用柱坐標(biāo)系求解更為合適；為聲壓；0為空氣中的聲速。求解時(shí)需將變頻電機(jī)表面的振動(dòng)信號(hào)作為邊界條件。

4 數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究

4.1 永磁同步電機(jī)有限元計(jì)算與分析

為驗(yàn)證變頻激勵(lì)下，前述電磁激勵(lì)特性分析的正確性，同時(shí)研究調(diào)制頻率和開關(guān)頻率諧波對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲的影響。以一臺(tái)永磁同步電機(jī)為例，進(jìn)行電磁-固-聲多場(chǎng)耦合仿真，電機(jī)參數(shù)見表1。

本文建立的電機(jī)電磁有限元模型如圖3所示。模型中的完美匹配層（Perfectly Matched Layer, PML）用于截?cái)噙吔缭O(shè)置。電機(jī)對(duì)應(yīng)的繞組電流調(diào)制頻率為e=/60=28Hz。首先進(jìn)行時(shí)域的電磁場(chǎng)仿真，將頻率為調(diào)制頻率的正弦波電流和變頻器開關(guān)頻率10kHz的時(shí)間諧波電流輸入到定子繞組中，計(jì)算氣隙的磁場(chǎng)分布情況，進(jìn)而計(jì)算氣隙的電磁力。然后將時(shí)域電磁力信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，施加到定子齒邊界上，進(jìn)行聲-固耦合仿真。

表1 仿真電機(jī)參數(shù)

Tab.1 Parameters of the simulated motor

圖3 電磁-固-聲多場(chǎng)耦合有限元模型

電磁仿真得到的變頻電機(jī)氣隙磁場(chǎng)時(shí)域頻譜與空間階次譜如圖4所示，傅里葉變換的頻段為0～12 800Hz，頻域分辨率為4Hz，階次譜主要展示了氣隙磁場(chǎng)前50階的空間特性。

氣隙磁場(chǎng)時(shí)間與空間諧波的仿真結(jié)果與2.1節(jié)推導(dǎo)一致，低頻磁場(chǎng)主要包含調(diào)制頻率e=28Hz以及奇數(shù)倍的諧波信號(hào)，low=fe，f=1, 3, 5,…；高頻磁場(chǎng)集中于開關(guān)頻率c=10kHz附近。磁場(chǎng)的空間階次則為極對(duì)數(shù)4的奇數(shù)倍。

圖4 變頻電機(jī)徑向氣隙磁場(chǎng)頻譜

變頻電機(jī)徑向電磁激勵(lì)力仿真頻譜如圖5所示，由于頻率為0的電磁力分量并不會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，因此不對(duì)其進(jìn)行特別說明。除直流分量外，低頻電磁力的頻率主要為2倍調(diào)制頻率56Hz的倍頻，與2.2節(jié)變頻電機(jī)的電磁力特性分析一致，高頻部分的電磁力則與開關(guān)頻率與調(diào)制頻率有關(guān)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如2.2節(jié)推導(dǎo)high=c± fe， =1, 3, 5,…。電磁力的空間階次則為電機(jī)極數(shù)8的整數(shù)倍，與2.2節(jié)的分析結(jié)果一致。

將電磁仿真計(jì)算的電磁力進(jìn)行傅里葉變換施加到定子齒上，通過聲固耦合仿真計(jì)算變頻電機(jī)輻射出的振動(dòng)噪聲，為了對(duì)比變頻驅(qū)動(dòng)對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲信號(hào)產(chǎn)生的影響，對(duì)同一永磁電機(jī)僅輸入調(diào)制頻率電流信號(hào)進(jìn)行仿真，作為對(duì)照，仿真得到的變頻電機(jī)的振動(dòng)頻譜與輻射聲功率級(jí)頻譜如圖6所示。

圖6 變頻電機(jī)振動(dòng)位移響應(yīng)與輻射噪聲聲功率級(jí)對(duì)比結(jié)果

從聲固耦合仿真的結(jié)果可以看出，振動(dòng)噪聲在低頻部分與電磁激勵(lì)力的頻率特性一致，主要為2倍繞組調(diào)制電流頻率56Hz的倍頻。而在振動(dòng)噪聲的高頻部分，變頻諧波的存在會(huì)激勵(lì)電機(jī)產(chǎn)生密集的高頻電磁激勵(lì)力。由于定子的剛度大，在高頻處會(huì)有密集的模態(tài)分布，因此在變頻激勵(lì)下定子結(jié)構(gòu)更容易與電磁力發(fā)生頻率共振。

4.2 永磁同步電機(jī)噪聲的實(shí)驗(yàn)研究

為了檢驗(yàn)2.2節(jié)理論推導(dǎo)與有限元模型的準(zhǔn)確性，測(cè)量了變頻激勵(lì)下永磁同步電機(jī)的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)電機(jī)參數(shù)與仿真電機(jī)參數(shù)一致。本文基于聲壓法測(cè)量了該電機(jī)空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下輻射的聲功率。實(shí)測(cè)電機(jī)的控制器開關(guān)頻率為10kHz，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)速為420r/min。電機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。

圖7 電機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

Fig7 Test site of motor vibration and noise

本次噪聲測(cè)試試驗(yàn)地點(diǎn)是半消實(shí)驗(yàn)室，圖7中9個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)離基準(zhǔn)體（電機(jī)）表面的距離均為1m，按照矩形包絡(luò)面布置。利用振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的電機(jī)輻射空氣噪聲聲功率級(jí)頻譜如圖8所示。為了確定變頻電機(jī)輻射聲功率譜的低頻諧波和高頻諧波的分布情況，將聲功率頻譜的低頻部分放大，并截取開關(guān)頻率附近的頻譜，得到的結(jié)果如圖9所示。

圖8 實(shí)測(cè)變頻電機(jī)輻射聲功率級(jí)頻譜

Fig8 Spectrum of measured noise power level

Fig9 Partial spectrum of noise power level

由圖9可知，電機(jī)輻射的噪聲在低頻部分包含以28Hz為基頻的一系列諧波。而高頻噪聲則是集中在變頻器開關(guān)頻率及其倍頻附近。但實(shí)驗(yàn)測(cè)得的聲功率級(jí)幅值與仿真略有差異，本文認(rèn)為原因在于，仿真沒有考慮電機(jī)的機(jī)腳、端蓋等結(jié)構(gòu)的輻射噪聲，因此仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有誤差也是可以接受的。但是在噪聲頻率成分上與2.2節(jié)的理論和4.1節(jié)的仿真分析部分結(jié)果一致。說明本文提出的變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲分析模型可以有效地估計(jì)電機(jī)輻射噪聲的頻率成分。且從頻譜上可以看到，高頻噪聲會(huì)成為變頻電機(jī)噪聲的主要成分。若能對(duì)變頻產(chǎn)生的低頻和高頻諧波進(jìn)行抑制，可使變頻電機(jī)振動(dòng)噪聲性能得以提升。

5 結(jié)論

本文對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)下電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行了研究。從推導(dǎo)SPWM變頻模型的輸出諧波開始，到最后通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)所提模型的準(zhǔn)確性。得出了以下結(jié)論：

1）本文從變頻器的輸出信號(hào)諧波到變頻電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲的頻率特性建立了完整的模型，為變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)和振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)，提供了一種高效 手段。

2）變頻器輸出的信號(hào)主要包含調(diào)制頻率e信號(hào)以及開關(guān)頻率c附近的諧波信號(hào)，低頻部分無諧波成分。

3）變頻激勵(lì)時(shí)，電機(jī)的電磁激勵(lì)力頻率主要為2倍調(diào)制頻率2e的倍頻，高頻段則受調(diào)制頻率與開關(guān)頻率共同影響，主要電磁力頻率分布為c±e，=1, 3, 5,…。

4）從多場(chǎng)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果看出，變頻器輸出諧波會(huì)使變頻電機(jī)輻射出大量頻率的噪聲，使得電機(jī)更易發(fā)生頻率共振，在設(shè)計(jì)時(shí)須予以重視。

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The Effect of Harmonics on Electromagnetic Vibration and Noise Characteristic in Inverter-Duty Motor

1,2333

（1. Wuhan Marine Electric Propulsion Research Institute Wuhan 430064 China 2. Key Laboratory of Integrated Electric Power Technology for Ships Wuhan 436000 China 3. School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai 200240 China）

The vibration and noise characteristics of the inverter-duty motor are important factors affecting the application of electric products. In order to grasp the vibration and noise excitation of inverter-duty motor accurately and design low-noise inverter-duty motor, an analysis model of the vibration-noise characteristics of inverter-duty motor is established in this paper. The output of a SPWM converter is derived according to the modulation theory. Then the electromagnetic force in a motor is calculated based on Maxwell's Law and a coupled multi-physics FEM simulation model is built. Finally, by comparing the measured sound power of the motor, the results show that the harmonics of motor vibration noise in the low-frequency part are generated by the modulation frequency of the motor, and the high-frequency harmonics introduced by the inverter cause the motor to radiate a lot of noise near the switching frequency. Therefore, the design of low-noise inverter-duty motors needs to consider eliminating or weakening these harmonics.

Invert-duty motor, vibration and noise, harmonics of frequency, electromagnetic-solid- acoustic coupling simulation

TM344.6

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201272

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11874262）。

2020-09-19

2021-02-03

肖 陽 男，1982年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇半姍C(jī)。E-mail: 13971278912@139.com

蔣偉康 男，1961年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樵肼曊駝?dòng)分析與控制。E-mail: wkjiang@sjtu.edu.cn（通信作者）

（編輯 崔文靜）