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浅析电机的电磁噪声

2019-07-08 17:39:38     来源:电机技术日参        

【大比特导读】噪声是各种频率和不同强度的杂乱声音的组合,这种令人讨厌的噪声对人类的危害是众所周知的。噪声往往伴随振动而产生,振动过大还会损坏其他设备。振动噪声水平反映了产品设计、制造的水平,是衡量产品质量的重要指标。现在人们已普遍认识到降低噪声的重要性。

噪声是各种频率和不同强度的杂乱声音的组合,这种令人讨厌的噪声对人类的危害是众所周知的。噪声往往伴随振动而产生,振动过大还会损坏其他设备。振动噪声水平反映了产品设计、制造的水平,是衡量产品质量的重要指标。现在人们已普遍认识到降低噪声的重要性。电机设计、制造及运行人员需要更多的有关电机噪声方面的知识。例如,需要弄清楚电机噪声怎样产生,与什么因素有关,希望在设计阶段预计电机实际运行时所产生的噪声,同时要知道降低噪声的方法等。

电机

电磁噪声是由电磁场交替变化而引起某些机械部件或空间容积振动而产生的。对于电动机来说,由于电源不稳定也可以激发定子振动而产生噪声。电磁噪声的主要特性与交变电磁场特性、被迫振动部件和空间的大小形状等因素有关。较高频的电磁噪声,也称为电磁啸叫。

电磁噪声产生原因分析

电机运行时气隙中存在基波磁场和一系列谐波磁场,这些磁场相互作用产生切向力,从而产生切向电磁转矩以外,还会产生随时间和空间变化的径向力。

一般情况下,电机气隙中存在各种次数、各种频率的旋转径向电磁力波。每个径向力波都分别作用在定、转子铁心上,使定子铁心和机座以及转子出现随时间周期性变化的径向变形,即发生振动,振动频率就是力波作用的频率。由于转子铁心刚度很大,所产生的振动量很小,故一般仅考虑定子铁心和机座的振动。电磁噪声主要是由于定子的振动使周围空气脉动而引起的气载噪声。

径向力波的阶次数越低,铁心弯曲变形的相邻两支点间距离越远,铁心刚度相对较差,径向变形也越大。定子铁心变形量约与力波次数的四次方成反比,与力波幅值成正比,故幅值较大的低次数径向力波是引起电磁噪声的主要根源、此外,应特别注意的是,铁心和机座都有一定的固有振动频率,当径向力波频率与该固有频率接近甚至相同时,会发生谐振,这时铁心振动及辐射噪声将大大增加。

由于基波磁场幅值较大,且若没有基波磁场,电机就不能工作,故由它产生的倍频噪声是不能避免的。但由于其力波次数较高(除2极电机外),频率较低,噪声辐射效率比较低,因此,除功率较大的2极电机外,倍频噪声一般都较小。

电机主要的噪声源分析

电机的主要噪声源有电磁噪声、机械噪声和通风噪声。

●电磁噪声

电机气隙中磁场相互作用产生随时间和空间变化的径向力,使定子铁心和机座随时间周期性变形,即定子发生振动;电磁噪声主要是由于定子的振动使周围空气脉动而引起气载噪声。

●机械噪声

转子机械不平衡引起离心力所产生的机械振动和噪声、轴承振动噪声、电刷与集电环或换向器滑动接触噪声、受轴承振动激发的端盖轴向振动噪声等。

●通风噪声

风扇或其他通风元件以及转子旋转形成的空气涡流噪声,风扇旋转使冷却空气周期性脉动或气体撞击障碍物而产生的单频噪声,风路中薄壁零件谐振或风路设计不合理产生的“笛声”。

电动机电磁噪声鉴别

电动机电磁噪声大小随磁场强弱、负载电流大小及转速高低而变,利用这个特征,可采取下面的办法进行鉴别。

●突然断电法。由于机械惯性比电磁过渡过程慢得多,突然断电,无电磁因素影响,这时电动机转速几乎不变。如果这时电动机噪声突然消失或显著降低,可断定是电磁原因产生的噪声。

●改变电压法。由于异步电动机转速随电压变化不大,当改变电压时,机械噪声和通风噪声基本不变,但电磁噪声随电压变化很大。

●对拖法。用一台低噪声电动机拖动有噪声的被试电动机,这时如果噪声降低或消失,则说明被拖动的电动机噪声是电磁噪声。

电磁噪声计算

电磁噪声是电机的主要噪声源之一,在多极数电机或通风噪声较低的电机中,电磁噪声就显得比较突出,一般情况下它随电机功率增大而增加,而且是负载时噪声增大的根源。该噪声与电机的电磁设计参数密切相关,如设计不当,电磁噪声将会十分明显,有可能成为超过其他噪声的最主要噪声源。因此,研究电机电磁噪声产生原因、电机设计参数与电磁噪声关系和电磁噪声计算方法,对于在设计阶段预计和控制电机噪声有重要意义。

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