CN107070368A - 一种电机主动降噪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机主动降噪方法及系统，包括依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；对变流器进行PWM消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。在对电机控制过程中，本发明能够根据当前供电参数及当前电机参数从预先建立的对应关系中确定当前产生噪声的谐波，然后通过对变流器进行PWM消谐控制，来有目地对该谐波进行定向精准的消除，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机主动降噪方法及系统。
背景技术
电机作为一种将电能转化为机械能的装置被应用在生活的各个领域。目前通常采用变流器对电动机进行调速控制，具有节能、可实现大范围的高速连续调速控制、能适应多种复杂工作环境等优点。但变流器对电机供电时会有很多谐波产生，谐波会在电机铁芯处产生电磁力，引起电机振动从而产生噪音，影响了人们生活与工作的环境。为了降低电机噪声，现有技术中主要从电机的角度进行噪声控制，虽然能在一定程度上降低电机机械噪声，但是不能实现精确定向地降低由于变流器谐波产生的电磁噪声。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机主动降噪方法，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好；本发明的另一目的是提供一种电机主动降噪系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机主动降噪方法，包括：
依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
根据所述当前供电参数、当前电机参数及所述对应关系确定当前产生噪音的谐波；
对所述变流器进行PWM消谐控制以消除所述当前产生噪音的谐波。
优选地，所述依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取所述变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，所述供电参数包括所述变流器输出的电压、电流及频率，所述电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据所述供电参数及所述电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为所述变流器输出的谐波的谐波次数，ω为所述变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据所述气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，所述电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；所述磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据所述谐波与所述电磁力之间的关系及所述电磁力与所述电机噪音之间的关系得到所述谐波与所述电机噪音之间的对应关系。
优选地，所述获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数的过程为：
实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电机主动降噪系统，包括：
对应关系建立模块，用于依据变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
参数获取模块，用于获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
谐波确定模块，用于根据所述当前供电参数、当前电机参数及所述对应关系确定当前产生噪音的谐波；
谐波消除模块，用于对所述变流器进行PWM消谐控制以消除所述当前产生噪音的谐波。
优选地，所述依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取所述变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，所述供电参数包括所述变流器输出的电压、电流及频率，所述电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据所述供电参数及所述电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为所述变流器输出的谐波的谐波次数，ω为所述变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据所述气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，所述电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；所述磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据所述谐波与所述电磁力之间的关系及所述电磁力与所述电机噪音之间的关系得到所述谐波与所述电机噪音之间的对应关系。
优选地，所述参数获取模块具体用于实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
本发明提供了一种电机主动降噪方法及系统，包括依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；对变流器进行PWM消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。
可见，本发明预先依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系，在对电机控制过程中，能够根据当前供电参数及当前电机参数从预先建立的对应关系中确定当前会产生噪声的谐波，然后通过对变流器进行PWM消谐控制，来有目的的对该谐波进行定向精准的消除，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电机主动降噪方法的过程的流程图；
图2为本发明提供的变流器输出的电压的PWM波形；
图3为本发明提供的一种电机主动降噪系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电机主动降噪方法，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好；本发明的另一核心是提供一种电机主动降噪系统。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种电机主动降噪方法的过程的流程图，该方法包括：
步骤S11：依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
首先需要说明的是，这里建立谐波与电机噪音之间的对应关系是预先建立的，将对应关系存储在控制单元中，以作为后续确定当前产生噪音的谐波的基础。另外，谐波与电机噪音之间的对应关系中可能会包括多组对应关系，原因是对于不同变流器的供电参数及变流器供电的电机的电机参数，谐波与电机噪音之间的对应关系也可能是不同的，例如，同一个电机，变流器的供电参数不同(例如输出不同的电流电压)，电机产生的噪音是不同的；另外，变流器的供电参数相同，但是在给不同的电机供电时，电机产生的噪音也可能是不同的。因此，本申请可根据不同类型的电机及变流器的供电参数预先建立多组谐波与电机噪音之间的对应关系。
另外，这里预先依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的目的是为了后续变流器在对电机进行供电时，能够根据变流器的供电参数及电机参数直接确定在该参数条件下(也即此时的变流器的供电参数及变流器供电的电机的电机参数条件下)会产生电机噪音的谐波，直接采取相应的措施消除掉该部分谐波，从变流器控制与电机特性系统层面、从噪声产生源头进行电机主动降噪控制。
具体地，电机一旦确定，电机参数也就确定了，另外，变流器的供电参数能够通过变流器控制器直接得到，电机噪音也可通过声音采集装置获取到。在得到上述参数后，便能通过相应计算得到谐波与电机噪音之间的关系了。
作为一种优选地实施例，依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，供电参数包括变流器输出的电压、电流及频率，电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据供电参数及电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为变流器输出的谐波的谐波次数，ω为变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据谐波与电磁力之间的关系及电磁力与电机噪音之间的关系得到谐波与电机噪音之间的对应关系。
需要说明的是，在建立谐波与电机噪音之间的对应关系时，首先需要获取多组变流器的供电参数及电机参数及这两个参数条件下电机产生噪音，变流器的供电参数直接确定当前变流器会产生的怎样的谐波，而电机参数则是为了确定该类型的电机本身会消除哪部分谐波(需要说明的是，在变流器为电机供电过程中，电机本身会消除掉部分谐波)，因此，后续只需将除了电机本身已经消除了的谐波消除掉即可。
具体地，电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数，还可以包括转差率及电机材料特性等。
供电参数包括变流器输出的电压、电流及频率。
具体地，变流器输出到电机的电流为：
其中，φik为k次谐波电流相位角。
在得到供电参数与电机参数后，依据这两个参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，再依据气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系。
具体地，分析产生噪声的力来源。变流器给电机供电时，作用于定子铁芯内表面的力受到磁通密度、空气磁导率等因素共同作用影响，通过分析找出产生噪声的谐波源头。按照马克斯韦定律，电磁力p(θ,t)正比于磁通密度的平方，
其中，ωn＝nω，ωn为电磁力频率，r为力波次数。
在得到电磁力与谐波之间的关系后，再依据谐波与电磁力之间的关系及电磁力与电机噪音之间的关系得到谐波与电机噪音之间的对应关系。
上述为本申请提供的一种建立谐波与电机噪音之间的对应关系的具体实现方法，本发明在此并不限定如何得到谐波与电机噪音之间的对应关系，采用其他方式能够得到二者之间的对应关系也可。
步骤S12：获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
在得到谐波与电机噪音之间的对应关系后，便可将其保存在控制单元中，在变流器为电机供电时，控制单元直接从变流器控制器中获取当前供电参数，需要说明的是，在变流器为电机供电的过程中，当前供电参数可能是变化的，但电机一旦固定，电机参数也就固定了，也即对于同一个电机，这里的当前电机参数实际上均是固定的值。
作为一种优选地实施例，获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数的过程为：
实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
为了提高噪声控制精度，这里可以实时地获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数，以便实时地确定当前产生噪音的谐波，尤其适用于变流器供电参数不断变化的应用场景。
步骤S13：根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；
因为谐波与电机噪音之间的对应关系已经预先建立好了，因此，在得到当前供电参数及当前电机参数后直接从预设对应关系中去查找产生噪音的当前产生噪音的谐波，这里的当前产生噪音的谐波可能是一个，也可能是多个，具体数量根据筛选出的对噪声影响大的谐波个数与电机参数来综合决定。
步骤S14：对变流器进行PWM消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。
在确定当前产生噪音的谐波后，控制单元可以给变流器控制器发送相应的控制指令，使得变流器控制器在对变流器直接进行PWM消谐控制，直接将当前产生噪音的谐波消除。
具体地，请参照图2，图2为本发明提供的变流器输出的电压的PWM波形。
对图2中所示的输出电压的PWM波形做傅里叶分析，其k次谐波电压幅值(也即其输出电压)表达式为：
Ud为直流侧电压；
αi：以相位角表示的PWM波中第i个波形的起始或终了时刻；
m：一个输出周期内的脉冲个数；
欲消除第k次谐波分量，令k次谐波分量Ukm＝0、并使基波幅值U1m为所要求的电压值即可；进而用数值迭代法求得对应的αi即可。
在实际应用中，为降低控制难度，可针对性的消除对噪音影响较大的谐波分量。具体如何控制根据用户需求来定，本发明在此不做特别的限定。
综上，本申请根据电机本体特性以及变流器供电参数，实时从源头量化谐波对电机噪声的影响规律，针对产生电机噪声的谐波，通过PWM控制实现定向消除，从变流器控制与电机特性系统层面、从噪声产生源头进行电机主动降噪控制。
本发明提供了一种电机主动降噪方法，包括依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；对变流器进行PWM消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。
可见，本发明预先依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系，在对电机控制过程中，能够根据当前供电参数及当前电机参数从预先建立的对应关系中确定当前会产生噪声的谐波，然后通过对变流器进行PWM消谐控制，来有目的的对该谐波进行定向精准的消除，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好。
请参照图3，图3为本发明提供的一种电机主动降噪系统的结构示意图，该系统包括：
对应关系建立模块1，用于依据变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
参数获取模块2，用于获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
谐波确定模块3，用于根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；
谐波消除模块4，用于对变流器进行PWM消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。
作为一种优选地实施例，依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，供电参数包括变流器输出的电压、电流及频率，电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据供电参数及电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为变流器输出的谐波的谐波次数，ω为变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据谐波与电磁力之间的关系及电磁力与电机噪音之间的关系得到谐波与电机噪音之间的对应关系。
作为一种优选地实施例，参数获取模块2具体用于实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
对于本发明提供的电机主动降噪系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种电机主动降噪方法，其特征在于，包括：
依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
根据所述当前供电参数、当前电机参数及所述对应关系确定当前产生噪音的谐波；
对所述变流器进行PWM消谐控制以消除所述当前产生噪音的谐波。
2.如权利要求1所述的电机主动降噪方法，其特征在于，所述依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取所述变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，所述供电参数包括所述变流器输出的电压、电流及频率，所述电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据所述供电参数及所述电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为所述变流器输出的谐波的谐波次数，ω为所述变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据所述气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，所述电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；所述磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据所述谐波与所述电磁力之间的关系及所述电磁力与所述电机噪音之间的关系得到所述谐波与所述电机噪音之间的对应关系。
3.如权利要求1所述的电机主动降噪方法，其特征在于，所述获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数的过程为：
实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
4.一种电机主动降噪系统，其特征在于，包括：
对应关系建立模块，用于依据变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数建立谐波与电机噪音之间的对应关系；
参数获取模块，用于获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；
谐波确定模块，用于根据所述当前供电参数、当前电机参数及所述对应关系确定当前产生噪音的谐波；
谐波消除模块，用于对所述变流器进行PWM消谐控制以消除所述当前产生噪音的谐波。
5.如权利要求4所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述依据变流器的供电参数、所述变流器供电的电机的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系的过程为：
获取所述变流器的供电参数及其供电的电机的电机参数及此时的电机噪音，其中，所述供电参数包括所述变流器输出的电压、电流及频率，所述电机参数包括电机的电机功率、额定电压、额定电流、转速、极数、定子槽数及转子槽数；
根据所述供电参数及所述电机参数得到气隙磁动势f(θ,t)及气隙磁导λ(θ,t)，其中，ωk＝kω，θ为空间角，k为所述变流器输出的谐波的谐波次数，ω为所述变流器输出的基波的角频率，Fk为磁动势幅值，为相位角；
根据所述气隙磁动势f(θ,t)、气隙磁导λ(θ,t)、电磁力-磁通密度关系式及磁通密度-谐波关系式建立谐波与电磁力之间的关系；其中，所述电磁力-磁通密度关系式为μ0为空气磁导率，b(θ,t)为磁通密度；所述磁通密度-谐波关系式为b(θ,t)＝f(θ,t)λ(θ,t)；
根据所述谐波与所述电磁力之间的关系及所述电磁力与所述电机噪音之间的关系得到所述谐波与所述电机噪音之间的对应关系。
6.如权利要求4所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述参数获取模块具体用于实时获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |
|
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