【干货】感应电机NVH仿真分析
摘要
文章探讨了FFT加窗在感应电机电磁力分析中的应用，介绍了Maxwell软件中的7种窗函数及其减少频谱泄露的作用，同时指出加窗会影响时域信号。在电磁力分析中，文章强调基波和齿谐波是关键，建议通过选择合适的采样周期数来精确捕捉谐波。通过Tesla lDM电机的NVH案例，文章展示了参数化分析、激励波形优化和Source&Target法的应用，并介绍了查看Maxwell软件输出的XML文件以获取NVH分析所需信息的方法。
正文
（1）Maxwell中的7种窗函数 Rectangular(default) Triangular Van Hann Hamming Blackman Lanczos Welch （2） FFT加窗的作用 当信号采样为非整数周期时，FFT会产生本不存在的频率分量(频谱泄露)，而原本幅度比较小的频率分量就可能会被掩盖，加窗的目的就是抑制这些本不该存在频率分量，减小频谱泄露现象。 非整数周期信号加Hamming窗 总结： ▪ 加窗会极大缓解FFT的频谱泄露效应，使得频谱泄露只在于附近几个分辨点，且幅度进行了衰减，但无法完全消除； ▪ 其缺点是对时域信号进行了整形，功率进行了衰减，但是其谱线反映的幅度(或者功率)已经不在能表征为原始信号的频率了； ▪ 电机电磁场仿真通常求解整数个电周期，即使是感应电机也可使用稳态检测功能使结果尽量逼近稳态，再获取整数个周期的近似稳态数据，此时频率泄露现象很小，如果对电磁力数据加窗会导致主波幅值下降，频域电磁力的计算结果不准确； ▪ 加窗比较适用于对噪声或振动等时域信号进行短时傅里叶变换STFT。 2. 感应电机电磁力FFT研究 （1）感应电机电磁力分析 感应电机主要电磁力波 ▪ 由基波产生 - 2f1 ▪ 由定转子齿谐波相互作用产生 - k2*Z2/p*(1-s)*f1+2f1 - K2*Z2/p*(1-s)*f1 4极，定子60槽，转子74槽 （2）感应电机仿真求解时间设置 （3）电磁力采样设置 （4）最佳采样周期数研究 ▪ 对于感应电机，应令k=1，通过增加L提高频率分辨率 ▪ 如需精确捕捉 k2*Z2/p*(1-s)*f1 谐波 -应使k2*Z2/p*(1-s)*f1/fmin = k2*Z2/p*(1-s)*L=n，n为整数 - 由于s为小数，绝大多数情况下，L和n不能同为整数 ▪ 可通过选择合适的整数L，使n最接近整数 - 高频电磁力计算频率尽可能接近理论计算结果 - 尽可能减小频谱泄露现象 此例中，L=12时，n=439.0272，为L<20以内的最佳值，仿真计算频率: 2f1 =674.2Hz k2*Z2/p*(1-s)*f1+2f1=13006.8HZ k2*Z2/p*(1-s)*f1=12332.6HZ ▪ 本例不同转差率s对应的最佳采样周期数L 结论 ▪ 感应电机仿真时，一般将求解时间设置为同步周期的倍数； ▪ 感应电机关键电磁力谐波频率与转差率相关，且频率较高； ▪ 不同转速工况的转差率不同，最佳采样周期数也不同。 - 注意:计算多转速NVH瀑布图时，由于当前版本的限制，必须设置统一的采样周期数，否则瀑布图阶次是乱的。推荐的采样周期数为:n*p个同步周期(n个机械周期) 3.感应电机NVH案例 （1）感应电机NVH案例 Tesla lDM ▪ 对转速、电压、转差率参数化 ▪ 各个工况点统一计算20个同步周期取最后10个同步周期的结果用于NVH仿真 ▪ 使用激励波形优化+Source&Target法加速求解多转速稳态工况 （2）Maxwell 输出XML文件 （3）XML文件的查看 ▪ 用户可以查看输出的XML文件信息 ▪ 文件中包含了NVH分析所需的转速、位置、频率、频率电磁力和转矩的XYZ分量和Re/lm等信息1. FFT窗函数
