電機(jī)電磁噪聲的研究分析

1、電機(jī)電磁噪聲的分析作者:日期:電機(jī)電磁噪聲的分析定轉(zhuǎn)子的槽配合的選擇對(duì)電磁噪音的影響很大， 選擇合適的槽配合是降低電磁噪音最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法，因此，在選擇定轉(zhuǎn)子槽配合時(shí)要慎重。要避免出現(xiàn)幅值較大，次數(shù)較低的力波，幅值較大的定轉(zhuǎn)子齒諧波磁場由定轉(zhuǎn)子槽數(shù)決定，由電機(jī)學(xué)，可知定轉(zhuǎn)子一階齒諧波作用產(chǎn)生的力波次數(shù)m為，m -_Z p 二二Z2 p式中Zi、Z2-定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)、p-極對(duì)數(shù)定子相帶諧波與轉(zhuǎn)子一階齒諧波作用產(chǎn)生的力波次數(shù)(對(duì)定子60相帶整數(shù)槽繞組)為：m= (6Kp + p )±(±Z2 + p)式中 K =0、1、2定轉(zhuǎn)子二階齒諧波作用產(chǎn)生的力波次數(shù)為：m= 2Zi p

2、 -二2Z2 p在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免定轉(zhuǎn)子槽配合產(chǎn)生較低的 m，另外齒諧波幅值隨轉(zhuǎn)子槽數(shù) 增大而減小。因此，為了降低電機(jī)的電磁噪音，在選擇定轉(zhuǎn)子槽數(shù)時(shí)應(yīng)采用遠(yuǎn)槽 多槽配合，即Z2與Zi相差較大及Z 2 Z i，電動(dòng)機(jī)二維(力波頻率與力波階次)電磁噪聲理論由異步電動(dòng)機(jī)氣隙磁密波的作用，在定子鐵心齒上產(chǎn)生的磁力有徑向和切向 兩個(gè)分量。徑向分量使定子鐵心產(chǎn)生的振動(dòng)變形是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的作用力矩，它使齒對(duì)其根部彎曲，并產(chǎn)生局 部振動(dòng)變形，這是電磁噪聲的一個(gè)次要來源；電磁噪聲一般在極數(shù)較多、功率較大的電機(jī)中比較明顯 ，并且是引起負(fù)載時(shí) 噪聲增大的重要原因。三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)

3、行時(shí)，氣隙中存在基波與一系列諧波磁場，它們相互作用除產(chǎn)生引起轉(zhuǎn)矩的切向力外，還會(huì)產(chǎn)生許多高次、頻率且各不相同的旋轉(zhuǎn)徑向電 磁力波，這些徑向力波作用在定轉(zhuǎn)子上， 使它發(fā)生徑向周期性變形，即產(chǎn)生頻率 等于徑向力波頻率的振動(dòng)，該振動(dòng)傳到機(jī)座，引起機(jī)座的振動(dòng)，從而又使機(jī)座周 圍的空氣脈動(dòng)而引起電磁噪聲，電機(jī)本身都有固有的振動(dòng)頻率，當(dāng)徑向力波頻率 與電機(jī)的固有頻率相同或相近時(shí)，就會(huì)引起共振，產(chǎn)生很大的電磁噪音?；\型異步電動(dòng)機(jī)電磁噪聲的頻帶通常為 7004000Hz 。在這個(gè)頻率范圍內(nèi), 人的耳朵有很高的靈敏度，因而引起強(qiáng)烈的噪聲感覺，嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為十分刺耳的嘯 叫聲。降低電動(dòng)機(jī)電磁噪聲的基本條件， 除了使

4、力波頻率遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)固有頻率 這一 傳統(tǒng)條件以外，電動(dòng)機(jī)二維電磁噪聲理論又增加一個(gè) 使力波階數(shù)不等于模態(tài)振型 階數(shù)這個(gè)新條件。因此，二維電磁噪聲理論給電動(dòng)機(jī)槽配合的選擇提供了兩個(gè)可 以達(dá)到降低噪聲的選擇條件。丫系列電動(dòng)機(jī)的主要模態(tài)振型階數(shù)大多數(shù)是 2階的，所以異步電機(jī)避免產(chǎn)生高電磁噪聲的經(jīng)驗(yàn)是消除2階力波，二維電磁噪聲理論給予異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中槽配合的選擇增加了必須考慮降低電磁噪聲的新內(nèi)容：1計(jì)算電磁力波階數(shù)和力波頻率；2計(jì)算電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，特別是模態(tài)頻率和模態(tài)振型階數(shù)；3在模態(tài)參數(shù)已確定的情況下，按二維電磁噪聲理論中低噪聲條件選擇Z1/Z2；電磁諧波磁場產(chǎn)生的力波諧波磁場產(chǎn)生的力波所引起的

5、振動(dòng)與噪聲，一方面與該力波的幅值大小有關(guān)，也與力波階次的次數(shù)有關(guān)。在大多數(shù)情況下，次數(shù)小于 8的影響較大，高次 數(shù)的力波一般不考慮，所以一定要選擇合適的定轉(zhuǎn)子槽配合， 以避免產(chǎn)生較低次 的力波。若乙和Z2分別代表定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)，則要求：Z1-Z2工（0或 2p）;Z1-Z2工（土或 2p ± 1）;Z1-Z2工（土或 2p ± 2）;Z1-Z2 工（土或 2p ± 3）;槽配合影響電機(jī)的附加轉(zhuǎn)矩、附加損耗、電磁振動(dòng)和電磁噪聲。從降低電磁 噪聲方面考慮，選擇槽配合時(shí)應(yīng)注意以下問題:（1）選擇合適的轉(zhuǎn)子槽數(shù)來降低電磁噪聲；轉(zhuǎn)子的槽數(shù)直接決定轉(zhuǎn)子力波的頻率，也就是說如果轉(zhuǎn)

6、子槽數(shù)選擇不當(dāng)，使力波頻率與定子固有頻率重合，電機(jī)將有明顯的電磁噪聲現(xiàn)象，可用下式計(jì)算:上式中：k =0,1,2;fi =定子工作頻率;(2)選擇合適的定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)來提高電磁力波的階次;定轉(zhuǎn)子槽數(shù)對(duì)電磁力波的階次 n有直接的影響，對(duì)于不同槽配合的電機(jī)將產(chǎn)生不同階次的力波。根據(jù)下式計(jì)算電磁力波的階次n.K 2Z2 士K1Z1"ZWP上式中：Ki,K2 ,_2,_3根據(jù)麥克斯韋定律，氣隙磁場中單位面積的徑向電磁力按下式計(jì)算:Pfm 鬻占式中：B氣隙磁密9機(jī)械角位移一一真空磁導(dǎo)率由于定、轉(zhuǎn)子繞組中存在著主波磁勢(shì)與各次諧波磁勢(shì)， 它們相互作用可以產(chǎn) 生一系列的力波。主波磁場產(chǎn)生的力波主波磁場

7、B1所產(chǎn)生的徑向力波為：Pr1 =P 0+P 1 ,P .雖如區(qū)式中T山 '乩，是徑向力的不變部分，它均勻作用于圓周上，使定子鐵 芯受到壓縮應(yīng)力。不變部分不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。Pi=Pocos(2p 0-2 3it-2 Bo),其中P為主波的極對(duì)數(shù)，31主波的角速度，0 初相角。P1是徑向力波 的交變部分，這個(gè)力波的角頻率是 2 3 1，即2倍的電源頻率，它使定、轉(zhuǎn)子產(chǎn) 生2倍電源頻率的振動(dòng)與噪聲。它的強(qiáng)度與氣隙磁密的平方成正比， 這在兩極的 大容量電機(jī)中，容易產(chǎn)生較大的影響，而在一般情況下，由于它的頻率較低，其 噪聲影響并不顯著。為了控制機(jī)械噪聲和振動(dòng)，首先必須判明產(chǎn)生振動(dòng)或噪聲的部位

8、，使用儀器 測繪電機(jī)噪音頻譜曲線時(shí)，常用倍頻程或1/3倍頻程，電機(jī)噪音頻譜分析一般用 1%窄帶頻譜這樣便于找出電機(jī)的主要噪音聲源（如僅做分析不計(jì)量可以用掌上 電腦的噪音測試軟件測試對(duì)應(yīng)峰值）；常見的電機(jī)噪聲頻率與發(fā)生部位：1. 軸承1）軸承滾珠：2000-5000HZ ;2）軸向振動(dòng)：1000-1600HZ 有明顯峰值；3）軸向串動(dòng)聲：50-400 Hz 有明顯峰值（對(duì)應(yīng)f=n/10, n/30,n/60*Re/Rc 或 E*n/30）;2. 端蓋共振：1000-1500 Hz 有峰值；3. 機(jī)殼共振：500-1000 Hz 有明顯峰值；4. 換向器噪音：m*n/60 ；5. 轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡噪音

9、：n/60 Hz ；6. 單邊電磁拉力不平衡：峰值與電源頻率對(duì)應(yīng);7. 電機(jī)定子磁場徑向磁拉力振動(dòng)峰值與兩倍電源頻率對(duì)應(yīng)；8. 齒諧波噪音：ZQn/60+2f0 （Z 為諧波次數(shù),Q為轉(zhuǎn)子齒數(shù),fO為電源頻）；9. 轉(zhuǎn)差聲：SfO或2SfO, S為轉(zhuǎn)差率（）；10. 空氣動(dòng)力共鳴聲：在f=m*Z*n/60 有明顯峰值,m為風(fēng)道數(shù),Z為諧波次數(shù);電機(jī)的負(fù)載噪音的測試；1 外拖法（負(fù)載隔離法）；2 .對(duì)拖疊加法（施加負(fù)載法）；3. 振動(dòng)測試法；電磁噪聲是由在時(shí)間上和空間上作變化，并由電機(jī)各部分之間作用的磁拉力引起 的。對(duì)于異步電機(jī)電磁噪聲的形成的原因可以歸為：1. 氣隙空間的磁場是一個(gè)旋轉(zhuǎn)力波，它

10、的徑向力波使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向變形 和周期性震動(dòng)，產(chǎn)生了電磁噪聲。2. 氣隙磁場中除了電源基波分量外，還有高次諧波分量，高次諧波的徑向力波也都分別作用于定轉(zhuǎn)子鐵心上，使它們產(chǎn)生徑向變形和周期震動(dòng)，在一般情 況下，對(duì)高次諧波來說，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子剛度相對(duì)較強(qiáng)，定子鐵心的徑向變形是主要的，可能產(chǎn)生較大的噪聲。3. 定子鐵心不同階次諧波的變形，有不同的固有頻率，當(dāng)徑向力波的頻率與鐵心的某個(gè)固有頻率接近或相等時(shí)，就會(huì)引起“共振”。在這種情況下，即使徑向力的波幅不大，也會(huì)導(dǎo)致鐵心變形、周期性震動(dòng)和產(chǎn)生較大噪聲。4. 定子變形后引起周圍空氣振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。這時(shí)，定子相當(dāng)于一個(gè)聲輻 射器。5. 當(dāng)鐵心飽和時(shí)，將會(huì)使磁場正弦分布的頂部變得平坦，在磁場分布中加大了 三次諧波分量，將使電磁噪聲增加。6. 定轉(zhuǎn)子槽都是開口的，氣隙磁導(dǎo)在旋轉(zhuǎn)時(shí)也是在變化和波動(dòng)的。氣隙磁場中 出現(xiàn)了很多由于槽開口引入的諧波。我們可采用下列方法降低電磁噪聲。1. 盡量采用正弦繞組，減少諧波成份；2. 選擇適當(dāng)?shù)臍庀洞琶?，不?yīng)太高，但過低又會(huì)影響材料的利用率;3. 選擇合適的槽配合，避免出現(xiàn)低次力波；4. 采用轉(zhuǎn)子斜槽，斜一個(gè)定子槽距；5. 定、轉(zhuǎn)子磁路對(duì)稱均勻，迭壓緊密；6. 定、