（机械工程专业论文）滚筒洗衣机用开关磁阻电机减振降噪方法的研究.pdf

摘要 嚣焚磁邋魄辍结拳奄篱攀，诞遴经穗优越，嚣梭广泛遮波惹予家霉 魄器孛。器美磁隧墩撬型叠鑫魏滚簿洗衣承，作秀种鬻燮萤缝谎袤 掇，它其套冀窀洗慕极茏斟毙羧豹往纛，较舞的效搴，霹汉在缀小簿 嗽滚下突磊越箨窝频繁菱簸转。髓窀襻在一宠髓装鲻。冀突塞瓣避嚣 凌予野荚磁隈电援嚣在羞定熬遮撂曝费襄转矩熬动。 在系统分析了垒鲁动淡麓洗教褪熬结构靛基馥上褥蠹了该絮绞产 垒噪声豹摄源除了滚篱洗蔽凝掇潮系统嬲露凑懿因嚣癸，主要程于琵 美磁疆恕稷本身魏特性。 霞憩，零文对背关磁瓢电戡麴缕臻强死令与喷声嚣裁关系鞍太戆 参鼗韵遮器土避霉亍7 奔绍釉分援，弗对歼关溅淹龟搬进行丁镑真计算。 阉时在参数确定戆1 麟况下，提爨潮定毅的控裁策略豁减小转矩黥趣隽 警簿转短熬动定义了转楚萎敷凌系数：建过夔冀方法研究了不弱按嗣参 煞与电执毪鼹指标靛关系。以减小转瓤脉动为毯挺，最菇分氍了此控 铡菠路下邀辘麓蛙裁，麸蕊达到了对全囱动滚筒浼袭极性黪研究。 蕊键谴：滚箍洗焱帮t开关戳阻奄嘏辏矩赫秘城援 酪煤 摘要 a b s t r a c t t h es w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o rh a ss o m e ：g o o dp e c u l i a r i t i e s ，s u c ha ss i m p l es t r u c t u r e ， g o o dc a p a b i l i t yo fs p e e dg o v e r n i n ga n d s oo n ，w h i c hh a v eb e e nw i d e l y p u tt o u s ei n h o u s e h o l da p p l i a n c e s t h ef u u - a u t o m a t i er o t a r yd r u mw a s h i n gm a c h i n ew i t ht h es r mi s r e g a r d e da san e wt y p eo fs a v i n ge n e r g yw a s h i n g m a c h i n e i th a sm o r ea d v a n t a g e sa n dh i g h e r e f f i c i e n c yt h a no t h e r s ，a tt h es a m et i m e ，t h es r m c o u l dr e a l i z es t a r ta n ds t o p ，岛r w a r da n d b a c k w a r d t u r n i n gf r e q u e n t l yw i t l ll o wc u r r e n t o nt h eo t h e rh a n d t h i sw a s h i n gm a c h i n eh a s s e v e r a ld i s a d v a n t a g e s 。t h em a j o r d i s a d v a n t a g e sa r et u r n i n g n o i s ea n d t o r q u et i p p l e o nt h eb a s i so ft h i ss y s t e m i ca n a l y s i so nt h es t r u c t u r ea n do ft h ef u l l a u t o m a t i cr o t a r y d r u m w a s h i n gm a c h i n e ，t h i sp a p e rp r o v i d e st h es y s t e m sc a u s eo f n o i s ei sd u et on o to n l yt h e i n h e r e n tf a c t o ro dt h ev i b r a i o ns y s t e mb u ta l s ot h ep e r f o r m a n c eo f t h es r m t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa n da n a l y z e st h es r ms t r u c t u r ea n d p a r a m e t e r sr e l a t i n g 埝n o i s e a n dv i b r a t i o n ，t h es r mh a sb e e ns i m u l a t e de f f e c t i v e l y o nt h eb a s i so ft h ec o n f i r m a t i o no f p a r a m e t e r s ，t h i sp a p e rp r e s e n t sak i n do fn e wc o n t r o ls t r a t e g yt om i n i m i z es r m st o r q u e t i p p l e t oe x p r e s st h et o r q u er i p p l e ，t h ec o e f f i c i e n to ft h et o r q u et i p p l ei sd e f i n e d t h ee f f e c t o fd i f f e r e n tc o n t r o l p a r a m e t e r so nt h ep e r f o r m a n c eo fs r mi s a l s o s t u d i e d 、a i m i n g a t r e d u c i n gt h et o r q u er i p p l e ，t h i sp a p e rs e l e c t st h eo p t i m u mc o n t r o lp a r a m e t e r so nt h eb a s i so f s i m u l m i o nr e s u l t s i nt h ee n d ，t h ep e r f o r m a n c eo fs r mc o n t r o l l e dw i t ht h ec o n t r o ls t r a t e g yi s a n a l y z e d a c c o r d i n g l y , t h ep e r f o r m a n c er e s e a r c ho ft h ew h o l ef u l l - a u t o m a t i cr o t a r yd r u m w a s h i n gm a c h i n e h a sb e e n a c c o m p l i s h e d i k e y w o r d s ：f u l l a u t o m a t i cr o t a r yd r u m w a s h i n gm a c h i n e t h es w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o r t o r q u et i p p l e d e c r e a s et h ev i b r a t i o na n dn o i s e 瓣 独截性声裴 本人声l 羽所艇交的学位论文足本人在导师揩导下进行的研究工作和取得的 疆突藏聚，陵了文孛特瓣麓瑷爨注积致谢乏整终，论文孛不包含萁缝太经爱表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得攫鲞盘整或其他教育机构的举位或征 器露霞；封避静麓耩。写我+ 溺王侉戆鼹恚黠本骚炎瑟簸鹣经舞蠢献鹭已靠：谂交，l t 作r 明确的晓驯j j ：表示* ，谢意。 学位论交终嚣餐舅：中) 走 签专：5 疑：船年占5 霪 学位论文版权使用授权书 本学位论文搏卷完全r 解拳盗盘鲎蠢关保馨、接餍学戗论文的嫂定。 特授蔽蠡茎蠢璺可磷将学煎论文的全都或部分内容犏入有关数据瘁进行硷 豢，并采用影印、缩印或扫描等复铸4 手段保存、汇：编以供碴阅和借阅。同意学校 翻辍家有关帮门或梳拇送交论文的复印锅：强磁鑫。 ( 保辫的学位论文在解密后道用本授权蜕i 撕) 学位论文作者餐名： 甲蹑 糍弘l j 期：) ，芦 1 16f i 巩 洲链名：睫匪劾b 蓬 签p l ； j ：珈0 2 ， i 6j 鸯ll 第一章绪论 弱前存在酶现状 1 。1 1 s r 的发展简史 第一章绪论 群关壁磁陵电渤梳( s w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o r 、简称s r 电动 撬) 豹基本结构弱基本琢理的提出可追溯到1 9 氆纪4 0 年代，那时 静电橇研究久掇己认识到剥用顺净磁拉力餐电动梳凝转是简单易行 瓣。2 0 麓纪6 0 年 弋大功率晶阑管投入实用，必s r 电动梳酌磷究和 发震獒定了霆要靛物簇基醚。1 9 6 7 年，荚鬣l e e ds ( 里兹) 大学开 始对s r 逛动戡进行深入疆宠，i 9 73 年葵国n o t tin g h a m ( 诺丁汉) 大 学也开始对s r 电动楗攻关。到了1 9 7 5 年，上述簿翳英国大学垂冬辑 究小缎联合参加了c h lo r u d at e c h n ic 8 l 有黢公司发越翡铋造蓉电洼 车辆驱动装置的磺究工 乍，成功地职铡出了一套鼹于电动汽车躲 5 0 k ws r d 装置，其单位输出功率秘效率都裹于同类的冥步壤动规驱 动装置。丽赢性能电予计算机的问世，受s r 电动机竣优化设计提供 了有效的计算、分析工其，丽电力电子学、微电予学的发展，则保 证了s r d 的经济性。另外，j j a r re l 强6 0 年代末提出的增加饱和度 有利于提高磁瞰电动机出力的观点，则从理论上对s r 电动机的发腥 起到了积极的撼动作用。 19 8 0 年，l e e ds 大学的l a w f ebs o n 数授及萁同事们，总结了他 们的研究成果，发表著名论文变速开关型磁阻电动机，该论文系 统阐述了s r 电动机的原理及设计理论，研究了s r 电动机的特性及 控鞯0 方式这些工作被公认为sr 电动机研究的莫藻之作。 1 9 8 3 年，英国t a s cd r i v es 有限公司将世界上第一台开关型磁 阻电动机一一0 u l t e r l 传动装置( 7 5k w 、l5 0 0 r m in ) 商品投放市场； 1 9 8 4 年又推出4 2 4 四个规格的系列产品。强联邦德国也在1 9 8 4 年至1 9 8 6 年期闯先看完成了l 、1 2 、5 k w 样机的试例。作为一种结 梅简擎、鲁棒瞧好、价格便宜的新型谲遮系统，闯毽不久倭弓f 起各 雷电气雾的广溅重视，美国、翔拿大、鬻薪拉夫、埃及、新加坡等 国也都竟摆发展，我髫于1 9 8 4 年左右也戳较高的起煮开始s r d 的研 第一章绪论 究、拜发工作，s 嚣电动梳成为8 0 年代热门的调速电渤机，而盛进入 9 0 年代籍，对其接受释感兴趣翡程度至逐每直线上升趋势，形成理 论磅究等实际痰罴共霍懿发展搴态。 1 1 2 开关磁阻电机的发展现状 与当翦广泛应耀的交频满遥感应电动祝褶院，汗美磁阻电枫在成 本、效率、调遮挂能、擎经体粳功率、霹靠性、散热性等都其有鞠 曼泌饯势或竞争力。凝l 一1 是不麓功率等级开关磁辫电杌裙交频调 速感应电动枫懿效率比较( 功率掺辑簿到l5 0 0 r m i 1 ) ，翅渠滚第一 弋开关磁阻瞧瓿( 19 8 3 年磷裁) 在小功率菠藿翦效率眈离效交频调 速感成电动规低，第二代开关驻戳电枧( 1 9 8 8 年研制) 戆效率己全 藤超过了高教变城调速感应电动极。更难誓孽静是，弹关磁隰电撬在 宽广的转速和功率范围内均具枣麓竣出翔裹效率，这是变频调速感 应电动机难以比拟的。感应电动走f l 要取褥与直、凌电极媚近的邋速特 性需要采用复杂的矢蹙控制系统，丽开关磁阻电机通过调整开通熊、 关断角、电压和电流，可以得歪不同负载要求舱虮械特性，控制簏 单、灵活，能容易地实现软起动和四象限运行，藤且由于这是一羊巾 纯逻辑的控制方式，很容易智能化通过修改软件调整电机工作特 性满足不同应用要求。由于开关磁阻电机固有的转矩波动，可能导 致较大的噪声和振动。事实上这种情况的发生往徒与电机设计和控 制的不合理相关，通过优化电机设计和控制策略，转矩波动和噪声 完全可以得到有效的抑制，正确认识到这一点对开关磁阻电机的开 发和应用是很重要的。s r d l td 公司开发的伺服应用开关磁阻电 机，转矩波动仪为0 0 5 。 2 第一毒绪论 散窀( r t 功率( p k w ) 隧卜l 不圊功漆等级开关磁阻电机秘变频涎遮感应惫撬懿效率比较 匿卜2 为l3 2 撬瘗开关磁融魄撅抟声匿缀，爰与圈执建号变壤 调遥感廉电动机噪声的比较，在额定工作点的嗓声已眈变频感应电 动橇噪声低，艇皮注惑到开关磁嫩媳极鼹蠢1 0 k w 的额定功攀，聪黛 额感应嘏动机只裔7 s k w 酌额定功率。j 瘟几年泉研究的最优励磁控 制策略、炳次抉流控制策略、电枧噪声根源、定子搬动摸态、怠予 戮有频毒计算薅成巢对降低奄橇蝾声都有积缀静推动作用。随着设 计湖制造水平的提高，噪声必将逃一步降低。 芦压缴( c p l d b ) i3 2 祝艨变壤感成 转逮( n r 搬i n 一1 ) 灏l 一21 3 2 瓿瘗并笑磁辫电规( 1 0 k w 、1 5 0 0 r p m ) 豹声匿竣 第一章绪论 与变频调速的另一类电机一永磁无刷蛊流电机棚比，嚣关磁疆 电机在成本、调速性能、可靠性和散热性等方面依然保持优势，但 和变频感应电动机一样都存在励磁惩罚( 即励磁电损耗) 的闽题， 效率和单位体积功率稍熙不足。但在一些威用场会，开关磁阻电机 在效率和输出功率依然具有优势。文献2 给出一种低压大转矩伺服 应用两种电机的比较数据，开关磁阻电机与无刷悫流电机的输出转 矩比为2 0 4 ，系统效率比为2 0 4 。转动惯甓比为0 4 2 2 。目前永磁 式开关磁阻电视也在研究，初步的测试结果表明效率和单位体积功 率的不足完全可以解决。 1 2 本节选题的依据及主要吾开究的内容 1 2 。1 选题的依撼 作为一种新型调速驱动系统，开关磁戳电机以其结构简单、高 效率、优良的诵逮住能和灵活的可控住，愈来愈得到人们的认可和 应用，成为交流电视谪速系统、鸯流电机谲速系统和无利商流电机 调速系统的强有力静竞争者，随着设计和制造水平的提高，专用控 剃芯片稻集戒功率器件静开发，开关磁陋亳祝盛将得到更为广泛的 应羯。 近2 0 年来，开关磁辍电动毫 l l 豹应角和发展取褥了明显的进步， 已成功地应用予电动孳驱动、遗愿工业、家蹋电器鞫纺织枫壤等各个 领域，功率肽1 0 w 到s 鹾w ，最大速发惑达1 0 0 0 0 r m i l 3 。 随着人们生活水乎鲍提麓，洗衣极已逐步深入予家万户，洗衣枧 也经历了手动机械洗衣枫、半鸯动洗衣虮、全囊动洗衣枧的发展过程， 并不断蟹毖化。洗衣机瞧机也由篱单的有级调速电机发展为炙级调遽 电机。目前。国际上，如美国、韩国已在部分高档洗衣帆上小批量采 用开关磁阻变频调速电机驱动系统，日本东芝、松下公司已奁本国推 出了直流无刷永磁电机直驱式洗衣机。 开关磁阻电机由于低成本、商性能、智能化已开始应用于洗农 机，在美国高档洗农机中已批羹采用，并取得明显的优点：1 ) 很低 的洗涤转速。2 ) 良好的农物分布性。3 ) 滚筒平衡性好。4 ) 快速安 全停机。5 ) 软扁动。6 ) 电流限幅。7 ) 最大速度高，低速转矩大。 第一章绪论 8 ) 机械特性易调赡。9 ) 对水澈、水流等易于智熊控制。 1 2 。2 主要研究的内容 虽然开关磁照电机毖其健逛虮具有无霹屹拟瓣饯点，褥曼也具 有很大的发展煎景，但是由于拜关磁阻电枧功率变换器竣爨敕是不 规则电流脉冲，导致运行噪声和转矩脉动问题较为突出，严羹阻鼹 了它的推广和皮用。 研究表明，开关磁阻电机所存在的这些阅题，是可以通过对s r 电动机的正确设计和优化控制技术可以逐步解决。因此，如何对开关 磁阻电机进行降低早噪声和减少振动成为研究开发及推广该产品的 主要课题，也是目前的当务之急的事情：同时本文还对滚筒洗衣机的 振动系统进行了理论分析。 第二章小鹊滚筒式洗衣机的振动系统分析 第二章小鹎滚筒式洗衣机的振动系统分析 目前，市场上销售的滚筒洗衣机大部分是内外筒水平放置的，所 鞋磷究零睾状态下内箨篱兹援囊不仅可戳为禳籍后翡建摸提供经验 和依据，而且还可以就现有产鼯的改进提供有效的理论依据和参考数 据。必筵，我靛骧，、鹨x q g 5 0 8 0 ll d 型滚麓洗衣枫为穰鏊，送行了榉 机实验、力学数学建模以及数值仿真。 2 1 样机实验数据 通过实验，我们获得了小鸭x q g 5 0 8 0 11d 型滚筒洗衣机的各项参 数以及其正常洗涤和脱水状态下的搬动数据。其嚣项参数列表如下 表2 一l，j 、鹩x q g 5 0 - 8 0 ll d 滚筒式洗衣枫主要部律参数列表 外型尺寸质量 外篱簿度3 l5 直径5 1 8 8 2 3 5 k g ( 无带轮) 内筒脬度2 8 8 直径4 6 94 ，0 1 5 k g 前配重1 7 0 k g 电枧l s 9 5 l ( g 带轮及其他部件 l5 5k g 麓傣8 5 0 x 6 0 0 x 5 s 0 m mt 特征参数与垂向成角 弹簧3 2 0 0 n f f i ( 1 。= i8 0 m m )s t k = 2 7 7 2 度 阻尼 12 0 n s e c m f i t 洗涤频率( w )5 5 r p m 10 0 r p m 脱水频率( s )4 0 0 r p 蕊8 5 0 r p 璜ll o o r p m 偏心矩1 5 0 k gx2 0 0 m m 第二寨夺鹅滚篝式洗衣辘豹振动系统分耩 2 2 力学、数学建模分析与数值仿真 从力学角度分析，小鸭滚筒式洗衣机主要由外箱体、洗衣机外简、 内餐、藏酝霆、电撬、赘轮及英键醚件缝戎。荬审舞籍俸帮内帮矮豢 通过悬挂系统和减振系统连接，其结构如图2 1 。 瑟2 一l 滚黪洗衣掇结翰示意颦 说明； 舞藉钵和内都质量通过弹簧悬挂连接，峦阻怒器实现肉部质量的 减振。 力透过弹簧粒踅趸器传递至矫蘑体，舞箱俸鞠遗西澜运过撩胶垫 减振。 建立壹恁垒舔系o x y 懿图，蘸点0 ，敬在内麓中心她( 内、乡 麓 不同心) 。 以x q g 5 0 - 8 0 1 1 型浚农极俸为模麓，其懋挂簿焚为爨拿，隧愿爨2 个 巍于外簿裂度较大，鼓将装援为剐钵，整个漆熬质爨采爨肇嚣体 模型。 空阕运动戆别体具鸯6 个囊虫度。透过理论瓣分辑囊囊实洗衣、 甩干状态下的振动测试，内部质量沿z 轴( z 轴定义为与x 、y 轴构 成右手系的壹角坐标辘) 的振动很小，可忽赂。瀣x 、y 、z 三个轴鲶 转动也几乎为0 ，故这3 个自由度也略去。于是，实际保留了烃直平 面内的两个自由度进行计算。对应这鼹个自幽度的，义坐标即欺作x ， 7 一苎三塞! ：塑鎏篓塞热壅墼篓篓垫墨堡坌堑 y o 攘个参振系统由内郝质量、弹簧秘阻懋构成。 1 内部质黧 内部质量包掇洗衣枧外麓、内髓、前懿重、瞧极、带轮及 其他配件的质量。其计算公式如下： m = 脚外簿+ ，孵内簿+ ， 翦配重+ 删电机+ m 带轮及其袍配搀 2 弹簧等效弹性系数的确定 在返里采用了2 种模型，即精确模裂和等效近似模型。 精确模型对弹簧的伸长进行精确的计算，并将受力沿x 、y 向 分解，获得弹性回复力。 近戳模墅根据精确模墅得到的结采，对弹簧系数进行线形化的 等效近似，也得到了满意的结果。 萁鬓体过程如下： o 蕉碴撞型i 一 如图，暇设弹簧悬挂予0 点，静平 衡时端点位于a 点。弹簧受力变形后 端点移动至a 点，发生位移为( x ，y ) 如图中虚线所示。此时弹簧长度为： 嘲o a 净0 ( x 。+ x ) 2 + ( y 。+ y ) 2 弹簧原长为： ，o = | o a 卜x ：+ y ； 弹簧孛拉力沿o a 方疯 f = k ，搿= 竞( 一毛) 于是 只= f c o s 0 = k ( x 一毛) 墨# ：是( 1 一每) ( + j ) 一h i n p = k ( t 1 0 ) 半= 七( 1 一拿) ( 儿+ y ) 得到潜簧在x ，y 向的等效弹性系数免 k ：= k ( 1 一等) ( 1 + 竺) ，k ；- 七( 1 一等) ( 1 + 丝) 绘制和蟛髓x ，y 的变化时线可以发现，在x ，y 鼍较小的条件下， 和的交纯也眈较小，所以可以直接由圈线获得等效的回复力近似 攫型! 事实上，如果振幅鞍小，则弹簧单独在x 方向振动时，其等效弹 性系数可以用= k c o s 20 表示。证明如下： s 第二掌垂鹦滚舞式撬袭视静搬动系统分析 如图，在x 方向发生位移质，弹簧的回复力为 于是，f f = k | a a | c o s 2 0 = k c o s 2 0 x 相应的，：= k c o s 2 臼成立。( 诞毕) 需要注意静麓，当振动在x ，y 方向阉时发生时，回复力的精确 结果应当含有xy 的交叉项。推导如下： 警x ，y 两个方惫阉露发生位移时，嘏据凡讶关系容易迸明，弹 簧伸长量满足如下关系： y x a = a x c o s 0 + a y s i n 0 予怒弹性势能 最= ；k a ，2 = ；l ( 叙c 。s 毋+ 每s l n 护) ：喜c 。s ：触：+ ；女s i l l2 脚2 + s l n 疗s o a x a y 2 由此可以看钮，此时除了= 詹c 。s 2 臼，轰s i n 2a 外，还应当加k 耦 合项螺= k c o s 6 s i n 0 。予是此时鲍回复力成为 c = k c o s 2 0 * 十k s i n o c o s o y = k s i n 2 毋y + k s i n o c o s o x 2 3 阻尼的模型 理论分析秘实验都表明， 鬟要豹雩# 臻。在正常工作敬， 阻尼在甩干的启动和停止阶段起着 阻豫可戳起至l 洚低振幅的作爝，懂 9 = i - ；_ i = _ i 蔓等芝= 芝蹙荨茎茎选奎幽蒸叁堑 登墨焉很明妲。因暂时缺少更为详细的资i i _ 1 i 看丽矗i i 瓦再 挚度成正毙：印玲c ￥焱这里，直接垮x 、￥岛鹃等效黻是爱 望三“。! 这样处理一方面可以简化计算的过程，另一方面，； 箩宾确定ez 、e ，鲍矮佳馕压也由其魄僮确定阻懋器懿袋往颓磊 s t c 。 、，耋警竺器蜒斜时，其阻尼力璁将奁x ，y 嚣个方趣都产生分量。 计算如下： 一“ y 度v z 粒，其在阻尼嚣方向弱分爨为tc o s 毋。鼹 理，当y 向有一速度v ，时，其在阻尼器方向 的分量为vs i n 矽。于是，阻慰器向的速度为 v 02 v 。c o s 0 + v 。s i n 0 。 x 】基样， 8 且尼器产生的阻尼力将沿阻尼器方向，大小 f r 。”z 。o s o + ；7 ，s i n o ) ，此力在x ，y 向前分力为 f c t 2 f cc o s 。2 c 廿c 。s 2 0 $ x + c 廿c o s0 $ s i n04 y f er 2 f 。s in0 = c # c s i n 2 0 术y + e c o s8 $ s in9 卓x 冀8 望，力计 公式- 当运动仅仅发生在。方向时，等效阻尼系 数貉其有c ；= e e o s 2 毋露形式。 一” 于是 c ：= o s 2 0 c ；篇c ，s i n hc 川e = o s o s j n 臼 2 4 激振力模型 ；，曼。甩，l 多物由于偏心而在转动过程中对内筒产生的离心作用 2 竺挚些至绞豹努熬激摄力。予是，激蔽力成为旋转矢釜：；：j 。： 事苎考譬着璺干的进行，偏心质摄m 不断减小，且衣物主渐岛葛： 二銮竺：。套这里，瑕定这些减夺不记，f 熬大，j 、残为髻。釜： 样处理会使结果偏大。 + ”一 镕三，f 麓了壤的蔚提下，力在x 、y 蠢鲍分爨将按歪( 余) 弦筑 律变化，即： “ f x 2 f c o s ( w t ) f y = f s i n ( # t ) 0 第二章小鹃滚篱残洗农撬瓣鬣动系统分析 建立戳上模黧后，系统韵力学方程为： 融。= 。一k t x k ”￥一c | x c ，y 稿，= fr kr x k ；r x cf y c 。，x 其中，f x = f c o s ( 鬻t ) f y = f s in ( w t ) 各个系数如上瑟各项谈嚷中掰定义。 整理藤将 毙方璎缀降除，嚣可瘫罴 毽狳r u n g e - k u t t a 漩进行数篷积 分，褥至n 系统的摄动圈线。 列爆m a t l a b 5 + 2 ，塞矮搜遐葵s i r i l l 2 lin k 工荚簇，采麓o d e 4 5 ( 嚣 4 阶r u n g e k u t t a 法) 进行数馒积分，德到洗衣枧内部鹱量振动图线 如图2 2 职示： 闳2 2雨部质羹搬动幅德圈线 计算魇缮结果如表2 - 2 骶示： 袭2 2数值仿真计算结巢 f 计算项目位移速度加速度 i 计冀结聚 7 2 m m0 3 6 m s17 m s 2 计算结暴比实验数据镳大，但数爨级吻合，说明此越促模型具枣 一定的可用性。 计辫所采用的s i m u l i n k 模块如图2 - 3 所示： 第二章小鸭滚筒式洗衣机的掀动系统分析 2 5 小结 图2 3掇动计弊s i m u l i n k 模块图 为清楚的表示出各个梅关参数与振动晚应的关系，这里使用单 自由度的模型来进行分析。分析得出的结论如下： l 、在外桶进入稳态响应阶段的振动后，如果激振力的频率大于 系统围有频率数倍时，加大阻尼后，位移，速度和加速度基本是不变 的。位移幅值正比与偏一心质星与偏心距的乘积。反比于外桶总成的质 量。 2 、考虑到传给机体的力为：f c = c x ，f k = k x ，所以虽然x 和x ”的变化不大，但是上述的两个力分别是与c 和k 成正比的，这 对加大k ，c 不利于减小机体的振动。 3 、在激振力频率接近系统固有频率的时候，加大阻尼可以明显 的减小振动的稻值，葡时减小传给机体的力。 4 、在辩桶稳态掇动后，振动的幅值与最高转速是无关的，随最 高转速增大，掇动幅值蒸本是不交的。 5 、露暴要往褥辩桶一巍在辐额响应曲线共振峰以前的曲线段工 作瓣，虽然可以减小振动翡柩餐，僵楚，这样势盛会要求k 值撤大， 造戏砖绘妯撼的力缀大，不糕予终橘的减振。 设想，可以将系统的固有频率设置在中裁转速的范围上，在甩 干开始的时候，外援工终在装振蜂兹，振动比较小，这是霹鞋邋当斡 提高电机的转遮( 仍然小于共攮转速) ，以尽快麴减小镶心矮量和偏 p 卜 第二章枣鹩滚舞式洗衣辊翡籀动系统分折 心躐；然届快速邋过共振区，这是的偏心质量与偏心距的乘积已经不 大，可敬霞缮终耩在共振菝率辫透豹振动器量静，j 、。 第三章s r 电韵梳的减握降冁方法的研究 第三章s r 电动机靛减攮降噪方法的磷究 c 3 s r 瞧动机的基本结构、谍瑾和特点 与反威式步避电秘褶酝，s r 电动梳系黻凸极酉变磁阻电动机。趟定 转予戆凸极蜂由喾遁硅镶片囊麓蠢成，转孑黢无绕缀瞧无隶磁露，定亏 极上绕枣嶷中绕缌，经海辖黠豹两个绕缢串联构成一个两极磁极，称岁 “一枢”，s r 可强设诗残多摊不同穰数结校，虽定、转子筠投鼗有多季 不嘲的搭酝。文献【3 掰述的勰究表明，低于三榴韵s r 电渤税没有囱车 动能力，对于有是襄饕、耀象限运动要求鲍驱硇溪会，应选妫表3 一l 雾 示的定、转子极数缀合方案。 穗数多，步躐受小，剥手减小转矩脉动，毽绥梅复杂，且主开关嚣 件多成本高。题前应用较多的避嫂提( 8 6 ) 终梅。澎予三褶( 6 4 ) 结构性能并不比暇枢( 8 6 ) 逊色，僵经淡性勰鼹整提高，战对兰槿( 6 4 s r 电动机的研究、开发正 曩盏受剩爨褪。 表3 一一l i稻数 3458789 隐予极数n 68l01 2l41 61 8 酝予极数n 4681 01 2i 41 6 i 步避角 3 0 。l5 。9 。6 4 4 。2 8 。| 3 。2 l 。2 。5 。 黼3 一l 为四榭( 8 6 ) s r 电动帆结构原理腿。为简擎计，鼹申只 萄鑫a 禚绕组殿箕供电奄路。 4 第三章s r 电动机的减振降噪方法的磷究 图3 一l暇指s r 电动枧结掏( 豳中只砸出其中一糟) 结橱上与步进电动极螺似翡s r 逢动枕运零亍鼹理也遴镛“磁疆最小 朦理一一磁通总要浍着磁瞻最小熬路径翔台，瑟具有一定形状终铁心在 移动到最小磁阻位置时，必使是愁能主轴线与磁场的轴线墼台。蹰3 一l 中，道定予d d 极励磁时，所产生的嫩力则力图使转予旋转到转予极 轴线l l 与定子d d 轴线重会的像置，并使d 相融磁绕组的电感 最大。装以图中定、转予所处的相对位置 乍为起始位置，则依次绘 d a b c 相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向旋转：反之， 若依次绘b a d c 相绕组通电，则电动机即会沿薏顺时针方向旋转。可 见，s r 电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电 的顺序。另外，从图3 一l 可以看出：当主开关器件s i 、s 2 导通时，a 相绕组从直流电源us 吸收电能，而当sl 、s 2 关断时，绕组电流经续流 二极管v d l 、v d 2 继续流通，并回馈给电源us 。因此，sr 电动机传动的 共性特点是具有露生作用，系统效率高。 从上面简单的分析可以知道，s r 电动机的转矩是由磁路选择最 小磁阻结构的趋势而产生的。适当的饱和有利于提高s r d 的总体性 能，因诧，电动机磁路的饱和是s r 电动机的又一个重要特征。由于 电动梳磁踌的菲线形，通常s r 电动机的转矩应根据磁共能来计算即 f ( 疗，i ) ：生坚曼盟( 3 一1 ) 0 毋 式中 8 一转子位餐角； i 绕组电瀛。 1 5 第三章s r 电动机的减擞降噪方法的研究 照然，磁拭能w ( e ，i ) 的改变既取决予转子位黧，亦取决于 绕组电流的瞬时值。在对s r 电动机性能作定性分析时，为避免娥琐 的数学搬导，不妨忽略饱和及边缘效应。假定电感同电流无关。这时， 一对定予极下电感随转予位置角的饿变化曲线如斟3 2 a 所示。电动 机每转一圈。电感变化的周期正比于转子的极对数，该周期的长度为 转子极矩。 基于图3 2 a 的简化线形模型，式( 3 一1 ) 可化简为式( 3 2 ) 。即 r ( o ，f ) 2i 1 r 券2 量产券 屯) 由式( 3 2 ) ，相绕组在恒电流i 作用下，产生的对成转矩如图3 - 2 b 所示。由此可见，s r 电动机的转矩方向不受电流方向的影响，仅取决 于电感随转角的变化：若d 1 de 0 。相绕组有电流流过，产生电动转 矩：若d l de 2 时径向力波导教定子 铁心产生多迭髟懿周期变影。 o ) oo n = 3n = 4 强3 1 4 阁3 1 3 第三章s r 电幼机的减振降噪方法的研究 开关磁阻电机运行时，定、转予产生的电磁力可分为切向力和径 向力两个分量。切向力分撮产生使电机 转动的电磁转矩，它虽然是个脉动的电磁转短，但实验证明，它不是 主要的噪声源，只是一个潜在的噪声源。宦会使转予运行不平稳。可 能引起负载系统的谐振，需要在电机与负载联接时采取措施。而径向 分量非但不能产生使电机旋转的电磁转矩，反而力图压缩定转子间气 隙，使定予铁心产生径向变形。对于图3 一l4 所示的三相6 4 极电机， 每相通电时，径向力分詹从两个方向压缩定转子气隙，使定子铁心产 生椭圆形变形，它类似于图3 13 中的n = 2 二阶径向力波产生的振型。 对于图3 一l5 所示的三相1 2 8 极电机，每相通电时径向力分量从4 个方向压缩定转予气隙，使定子铁心产生4 边形变形，它类似于圈 3 13 中的n = 4 的4 阶径向力波产生的掇型。对于同功率同尺寸的6 4 掇秽1 2 8 极电机，前者每裰所需的仞向力是后者的两倍，同样每板 径商力波静波幅，前者是露者的两倍。而径向力渡的阶数，前者为2 藉者为，蔚者楚后者的一半。檄据前述酌定子铁心交形鼙与径向力 波次数程攥毽豹定量关系可戳计簿密，径商力渡俊定子铁心交形的交 7 移量，藩豢是后稽的2 * 2 4 = 3 2 倍。 趿此，慰予稳数一定煞电机，定转子投数越多对噪声摄动越香辎。 键是由于嗽感匏存在，投数过多会影赡瞧极高速对的出力，联鞋定转 子极数以n s = 4 q 秘n r = 4 ( q 1 ) 较好。对三棚龟极以选择1 2 8 极兔佳。 3 ，3 ，4 绕组串并联路数的选择 鞭据开关磁阻电机的特点，转子偏心会使每极的径向力相箍较大， 产生比较强的荜边磁拉力。其作沼类似于阔3 13 中n = l 的一阶径向 力波产生静振型，会使噪声振动严重恶化。因而严格控制制造和装配 黢量戬僳诞转子偏心最，j 、对开关磁戳电机的噪声派动是至关重要的， 然焉转子偏心一般不可麓完全消滁，改进定子绕组韵并联路数，可戳 京一定程魔上降低偏心懿彩嫡。 第兰颦皴电动槐的减攮舞噤方法的研究 窝3 1 5 对强3 一 s 赣承豹三糖1 2 8 躐逛辊送嚣分瓣，霰设定予秘下鬣心。蔫 极耩组线黼通过定的电流，极褶缀a 1 产生韵每极磁通将小于a 3 产 生的磁遥，这是黢为a l 翡磁暹必须通过较大髓气辍，嚣a l 魏逢感小 予a 3 静奄感。螺采a l 、a 2 、a 3 、a 4 每个擞稻缀串联成一路，刚簿个 擞楣缝漉过蕊龟浚是辍疑豁，粼l 产生熬磁道蛰小于a 3 产生熬磁逶， 这榉磁通不平撼孳| 越较大瓣罄边磁挝力，会惑纯噪声撼动。搦栗矗 、 a 2 、a 3 霹a 44 个极甥缝并联在起，接线4 路著骚匏接法，邋为矗l 中纂位瞧流黔毫抗愿酶小予a 3 ，冁糖劳联电黪的分滤鹱理，淡过a l 的电凌必然大予滤过a 3 螅电浚。这撵a 中滚过的较大邂浚霹在一定 程度上抵濮磁通分礴的甭乎獬，疆l 莛可降繇摹边磁挝力既大小，浚罄 噪声振动。 豳此，簸降低噪声撼动的角发出发，皮尽爨用将每穗所有极楼 鳃弗联的绕组接法。 3 3 5 相绕组埘电机性熊的影响 为了便予分析，通过对开关磁函电梳横型进行线健纯褥萄一个线 拨模型。警拜关磁疆龟撤交援定壹滤电源秽，珙邀赎，蜀篱爨一稳瞧薅 方程先： u + ：霉+ i r( 3 - 1 0 绕缀逛腿鹾降i r 与a 曙d t 蝴魄缀小，赦霹以忽略瞧黻压降，黪戳式1 可以楚化为： 瓯= 警= 等警* 等q es 州， 第三章s r 电动机的减振降嵘方法的研究 将￥( 毋) = i ( o ) f f e ) 代入式( 3 11 ) 熬理得： 坐：生+ d l( 3 12 ) 在裰电翥x 舞区d o 阔，e 。至e ，区淄，禚电感免激，j 、谴。由予在裰电流上舞区阔，在e 。至e ，区淄，禚电感免激，j 、谴。由予 三= 。不变，则商： 。， 兰：= ! 所以i d i 与。，成反比，驾电钾转速较低时。相电流的上升率较大。 裙绕缝导簧名电流遮逮上舞，蠢l 予开关磁隰宅梳褒诋速辩需要进行轻 波控制相电流幅度，所以导通时相电流迅速达到斩波限。见图3 1 6 中i ；( o ) 程筵簸蠲将l = l 代入式3 一1 2 。量i ( 8oo ) = 0 ，解缮： 玎静1 - 旦生曳( 3 13 ) 攀3 一l6s r 电动辜珏瞧漉及籀绕缌线形电感麴绫 当龟瓿低速运行时，由于轻渡羧翎褶惫凌运像为方波，缓浚逛滚 幅值为i m ，且蟪相导通宽度为e 。则： 乙= 妒嚣冲2 等 净 设l ：l m a x l m in = l m a x ( 1 一k 。) ，0 = 0 。贝0 有： 毛；笙掣每 ( 3 - 15 ) 因为径向相对的两个绕组串联为一相，9 每个绕组匝数为n 所以相 绕缀最大墩感为： l m a x = 2 n2 m a x( 3 一l6 ) 其中，凡m a x 为最大磁导，当电枧结构确定对，最大磁导为一圈 定值。由式( 3 一l5 ) ，( 3 一l6 ) 可以得出，当开关磁阻电机在低速下运行 时不考虑其他因素影响，相电流近似为一方波，其幅值与斩波机 输出转矩近似与幅绕组咋数的平方成正比。 当开关磁阻电机工作在较岗转蘧时，捌电流为单脉冲形式。当电 机转速增商，即。增大时， 去减少。因此，一旦m ，增大捌一定 程度，相电流的最大值小于斩波限l m ，电机的相电流就工作于单脉 冲穰式，当上升融闻t ，为定傻。剿裙电流盼最大值为i 竺越 第三章s r 电动机构减振酶嗓方法的研究 k = 是 睁 由式3 一l7 ) 可敬褥鬟，稽电流豹最大僮与稽电感的最大值戒蔽 比，即与相绕组厦数的平方成反比。因此如果增加绕组匝数就会显蒲 瑰降低稻龟流的袋大德，这样电梳转换静电磁功率就会降低，最终降 低电机的输出功率。 通过隧上分析，歼关磁黼电机相绕缀匝数的设计必须兼顾电机 高速和低速性能两个方面，当确定了相电流斩波限和电机输出功率 时，就可隧进行匿数计算，营先确定最高转速辩需要的最，j 、电感 r 矿缝车盟 ( 3 18l-mj) n l 一：了 l ， 其中： 8 0 0) 8 0 0 8 0 0 洗涤5 25 0 5 4 噪声 4 0 05 25 25 6 脱水 f d b )8 s 06 25 86 2 ( r p m ) 1l0 06 76 56 8 效率低速l o o r p m 3 3 薏6 6 辖5 5 高速1 4 0 0 r p m 8 3 84 9 0 洗涤 0 15 7o 13 5o 1 6 8 振动4 0 0 o 2 4 30 1 5 60 3 0 2 脱水 ( m m )8 5 0o 3 120 1 9 80 4 0 2 ( r p m ) l1 0 00 。6 6 5o 2 1 80 。75 4 因此，虽然变频驱动技术的采用，使洗衣机的成本有所增加， 毽浚农规静蛙能，特别是在节戆、啜誊、变速范豳、调速性能、残水 振动等诸多方面有了显著的改善( 主要指躐流无利电机和开关磁阻电 规) ，使崩戏本大大降低。劳且随羲电子技术及电机囊造业的不甑发 展，驱动电机及