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淺析電機的電磁噪聲

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 噪聲是各種頻率和不同強度的雜亂聲音的組合,這種令人討厭的噪聲對人類的危害是眾所周知的。噪聲往往伴 隨振動而產生,振動過大還會損壞其他設備。振動噪聲水平反映了產品設計、制造的水平,是衡量產品質量的重要指標。 現在人們已普遍認識到降低噪聲的重要性。電機設計、制造及運行人員需要更多的有關電機噪聲方面的知識。例如,需要弄清楚電 機噪聲怎樣產生,與什么因素有關,希望在設計階段預計電機實際運行時所產生的噪聲,同時要知道降低噪聲的方法等。

電磁噪聲是由電磁場交替變化而引起某些機械部件或空間容積振動而產生的。對于電動機來說, 由于電源不穩定也可以激發定子振動而產生噪聲。電磁噪聲的主要特性與交變電磁場特性、被迫振動部 件和空間的大小形狀等因素有關。較高頻的電磁噪聲,也稱為電磁嘯叫。

電磁噪聲產生原因分析

電機運行時氣隙中存在基波磁場和一系列諧波磁場,這些磁場相互作用產生切向力,從而產生切向 電磁轉矩以外,還會產生隨時間和空間變化的徑向力。

一般情況下,電機氣隙中存在各種次數、各種頻率的旋轉徑向電磁力波。每個徑向力波都分別作用在定、轉 子鐵心上,使定子鐵心和機座以及轉子出現隨時間周期性變化的徑向變形,即發生振動,振動頻率就是力波作用的頻率。由 于轉子鐵心剛度很大,所產生的振動量很小,故一般僅考慮定子鐵心和機座的振動。電磁噪聲主要是由于定子的振動使周圍空氣脈動而引起的氣載噪聲。

徑向力波的階次數越低,鐵心彎曲變形的相鄰兩支點間距離越遠,鐵心剛度相對較差,徑向變形 也越大。定子鐵心變形量約與力波次數的四次方成反比,與力波幅值成正比,故幅值較大的低次數徑向力波是引起電磁噪 聲的主要根源、此外,應特別注意的是,鐵心和機座都有一定的固有振動頻率,當徑向力波頻率與該固有頻率接近甚至相 同時,會發生諧振,這時鐵心振動及輻射噪聲將大大增加。

由于基波磁場幅值較大,且若沒有基波磁場,電機就不能工作,故由它產生的倍頻噪聲是不能避免的。但 由于其力波次數較高(除2極電機外),頻率較低,噪聲輻射效率比較低,因此,除功率較大的2極電機外,倍頻噪聲一般都較小。

電機主要的噪聲源分析

電機的主要噪聲源有電磁噪聲、機械噪聲和通風噪聲。

●電磁噪聲

電機氣隙中磁場相互作用產生隨時間和空間變化的徑向力,使定子鐵心和機座隨時間周期性變形, 即定子發生振動;電磁噪聲主要是由于定子的振動使周圍空氣脈動而引起氣載噪聲。

●機械噪聲

轉子機械不平衡引起離心力所產生的機械振動和噪聲、軸承振動噪聲、電刷與集電環或換 向器滑動接觸噪聲、受軸承振動激發的端蓋軸向振動噪聲等。

●通風噪聲

風扇或其他通風元件以及轉子旋轉形成的空氣渦流噪聲,風扇旋轉使冷卻空氣周期性脈動 或氣體撞擊障礙物而產生的單頻噪聲,風路中薄壁零件諧振或風路設計不合理產生的“笛聲”。

電動機電磁噪聲鑒別

電動機電磁噪聲大小隨磁場強弱、負載電流大小及轉速高低而變,利用這個特征,可采取下面的辦法進行鑒別。

●突然斷電法。由于機械慣性比電磁過渡過程慢得多,突然斷電,無電磁因素影響,這時電動機轉速幾 乎不變。如果這時電動機噪聲突然消失或顯著降低,可斷定是電磁原因產生的噪聲。

●改變電壓法。由于異步電動機轉速隨電壓變化不大,當改變電壓時,機械噪聲和通風噪聲基本不變,但電磁噪聲隨電壓變化很大。

●對拖法。用一臺低噪聲電動機拖動有噪聲的被試電動機,這時如果噪聲降低或消失,則說明被拖動的電動機噪聲是電磁噪聲。

電磁噪聲計算

電磁噪聲是電機的主要噪聲源之一,在多極數電機或通風噪聲較低的電機中,電磁噪聲就顯得比較突出,一般情 下它隨電機功率增大而增加,而且是負載時噪聲增大的根源。該噪聲與電機的電磁設計參數密切相關,如設計不當,電磁噪聲 將會十分明顯,有可能成為超過其他噪聲的最主要噪聲源。因此,研究電機電磁噪聲產生原因、電機設計參數與電磁噪聲關系和電磁噪聲計算 方法,對于在設計階段預計和控制電機噪聲有重要意義。

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