合肥工業(yè)大學(xué)電機設(shè)計基礎(chǔ)-9

1、 第九章第九章 噪聲和振動噪聲和振動9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 旋轉(zhuǎn)電機的噪聲有三個來源： 1）空氣動力噪聲，如風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子表面的凸起物旋轉(zhuǎn)帶來的噪聲。 2）機械振動，如軸承的振動，軸的振動等。 3）電磁振動，如氣隙旋轉(zhuǎn)磁場引起定、轉(zhuǎn)子鐵心表面吸引力的波動，使得定子鐵心變形，產(chǎn)生振動。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 定、轉(zhuǎn)子齒之間的電磁力分徑向和切向，切向力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，也產(chǎn)生振動，但對噪聲的影響是次要的。徑向力不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但它是電磁噪聲的主要來源。 以異步電機為例說明徑向力波產(chǎn)生的原理以及力波的次數(shù)等概念。（約2kg/cm2） 下面推導(dǎo)異步電機氣隙中電磁徑向力波的表達式 。 9-2 感應(yīng)電動機

2、的電磁振動),(),(),(),(tftftftfp 一、定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的磁勢101( , )cos()( , )cos()( , )cos()ppftFptftFtftFt其中9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 二、氣隙磁導(dǎo)（只考慮平均分量和一階分量）2011221( , )coscos(1)tZtZZsp 9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 三、氣隙磁場 b(,t)=f(,t)(,t) 忽略次要成分，得以下5項主要的成分：9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （一）主波磁場)cos(),(01101tpBtfbp上式表示極對數(shù)為p，角頻率為1的基波旋轉(zhuǎn)磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （二）由定子繞組諧

3、波磁勢建立的諧波磁場)cos(),(10tBtfb上式表示極對數(shù)為，角頻率為1的定子諧波磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （三）由轉(zhuǎn)子繞組諧波磁勢建立的諧波磁場)cos(),(0tBtfb上式表示極對數(shù)為，角頻率為的轉(zhuǎn)子諧波磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （四）因為定子開槽引起的一階齒磁導(dǎo)諧波磁場)cos(cos),(1111111ttpttpZBZtfb上式表示極對數(shù)為Z1+p或-Z1+p，角頻率為1的定子一階齒諧波磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （五）因為轉(zhuǎn)子開槽引起的一階齒磁導(dǎo)諧波磁場1)1 ()cos(cos),(21222221ttpttspZpZBZtfb上式表示極對數(shù)為

4、Z2+p或-Z2+p，角頻率為的轉(zhuǎn)子一階齒諧波磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 四、氣隙磁場產(chǎn)生的徑向力波022),(tbpr如果把前面的氣隙磁場的5項主要成分之和加以平方，則得到15項，過于繁瑣。怎么辦?必須舍去次要的力波。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 關(guān)于電機鐵心和機座的振動有近似公式4krpA9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 即在鐵心和機座剛度相同的情況下，振動加速度的幅值A(chǔ)正比于激振力p，反比于振動次數(shù)（階數(shù)）r的四次方。這就是說，激振力越大，振動次數(shù)越低，振動加速度的幅值越大。 又，人耳對高頻噪聲較為敏感。因此為避免過于繁瑣，我們在分析異步電動機的氣隙力波時，重點分析那些幅值大，次數(shù)低

5、、頻率高的力波。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動)222cos(4, ,4)(2cos1221201021102101001021021tpBpBppptpBbpr 從振動的觀點看，重要的是以下的力波： （一）主波磁場產(chǎn)生的力波9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 該力波的次數(shù)（階數(shù)）為2p，角頻率為 21。特點是幅值大。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （二）由定、轉(zhuǎn)子諧波磁場相互作用產(chǎn)生的力波)()()cos(222100utBBbbp 該力波的次數(shù)（階數(shù)）為+ 或-，角頻率為1+或1+。特點是可能出現(xiàn)次數(shù)為0的情況。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 （三）由定、轉(zhuǎn)子一階齒磁導(dǎo)諧波磁場相互作用產(chǎn)生的力波)()

6、1 (1 )()cos(22221122102102121tttttttttspZpZpZBBbbp9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 該力波的比較低的次數(shù)（階數(shù)）為 Z1-Z2 或 Z1-Z2-2p，角頻率為。特點是可能出現(xiàn)力波次數(shù)為0、1、2的情況，且角頻率較高。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 結(jié)論： 異步電動機定、轉(zhuǎn)子的槽配合對電機的電磁振動有重要影響。 如果定子槽數(shù)Z1和轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z2相等或相差2p，則會產(chǎn)生0次的力波。 如果定子槽數(shù)Z1和轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z2相差1或2p-1，則會產(chǎn)生1次的力波。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 如果定子槽數(shù)Z1和轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z2相差2或2p-2，則會產(chǎn)生2次的力波。 由異步電

7、動機定、轉(zhuǎn)子一階齒磁導(dǎo)諧波磁場引起的電磁振動是電機高頻振動的主要成分之一，它的頻率有兩個：121)1 (fspZ121)1 (fspZ9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 【補】一臺異步電機，f1=50Hz，2p=4，Z1=24，Z2=22。該電機空載時由定、轉(zhuǎn)子一階齒磁導(dǎo)諧波磁場相互作用產(chǎn)生的力波次數(shù)是多少？頻率是多少？ 【補】一臺異步電機，f1=50Hz，2p=4，Z1=48，Z2=44。該電機空載時由定、轉(zhuǎn)子一階齒磁導(dǎo)諧波磁場相互作用產(chǎn)生的力波次數(shù)是多少？頻率是多少？9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 五、斜槽對電機振動的影響 感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子一般采用斜槽，斜一個定子齒距。斜槽可以削弱齒磁導(dǎo)諧波磁場帶來

8、的力波幅值。 可以從物理直觀上說明(以Z1=Z2為例)。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 六、氣縫隙偏心對電磁振動的影響 靜偏心：轉(zhuǎn)動軸與定子內(nèi)圓不同心造成，偏心位置固定。 動偏心：轉(zhuǎn)動軸與定子內(nèi)圓同心，但由于轉(zhuǎn)子本身的原因（比如，轉(zhuǎn)子一邊凸起、轉(zhuǎn)子是橢圓形）造成，偏心位置不固定。 從產(chǎn)生電磁振動的角度看，動偏心比較重要。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 靜偏心 動偏心9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 考慮轉(zhuǎn)子偏心對電磁振動影響的思路： 寫出轉(zhuǎn)子偏心后氣隙磁阻R的表達式 把R倒過來，得到氣隙磁導(dǎo)的表達式。 用氣隙磁勢乘氣隙磁導(dǎo)的表達式，得磁場的表達式。 在磁場表達式中，去除前面轉(zhuǎn)子不偏心時已經(jīng)推出的正常的

9、磁場表達式，剩下的就是因為轉(zhuǎn)子偏心帶來的新的磁場。9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動)cos(11)cos(111),(1)cos(1)cos(),(01001001010tttttt)cos(1 ),(010tt電機偏心后，氣隙磁導(dǎo)可近似寫成:以轉(zhuǎn)子一邊凸起造成的動偏心為例，氣隙磁場的推導(dǎo)過程：9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 用主波磁勢乘以上式，得)cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos(1 )cos(011010110100101001001ttpBtpBttpFtpFttpFppp上面的第一項前面已經(jīng)考慮過，去除。對第二項進行積化和差，得9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動)()1cos(2010111tpBb該磁場與主波磁場相互作用，可以產(chǎn)生次數(shù)較低的力波：r=p+1-p=1 或 r=p-1-p=-1，= = 或 =-=- )1 (21spff頻率為9-2 感應(yīng)電動機的電磁振動 解釋靜偏心不會帶來力波。 如果轉(zhuǎn)子是橢圓形，由偏心帶來的力波的次數(shù)和頻率是多少？9-3 同步電機的電磁振動 凸極同步電機由于只有電樞開槽，主極表面不開槽，因此沒有異步電機的那種由定、轉(zhuǎn)子齒磁導(dǎo)諧波磁場相互作用引起的低