電機電磁噪聲的分析

1、電機電磁噪聲的分析定轉(zhuǎn)子的槽配合的選擇對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)濟的方法，因此，在選擇定轉(zhuǎn)子槽配合時要慎重。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，由電機學(xué)，可知定轉(zhuǎn)子一階齒諧波作用產(chǎn)生的力波次數(shù)為，式中、- 定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)、-極對數(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)（對定子60 相帶整數(shù)槽繞組）為：式中定轉(zhuǎn)子二階齒諧波作用產(chǎn)生的力波次數(shù)為：在設(shè)計時，應(yīng)盡量避免定轉(zhuǎn)子槽配合產(chǎn)生較低的，另外齒諧波幅值隨轉(zhuǎn)子槽數(shù)增大而減小。因此，為了降低電機的電磁噪音，在選擇定轉(zhuǎn)子槽數(shù)時應(yīng)采用遠(yuǎn)槽多槽配合，即 與 相差較大及，

2、電動機二維（力波頻率與力波階次）電磁噪聲理論由異步電動機氣隙磁密波的作用,在定子鐵心齒上產(chǎn)生的磁力有徑向和切向兩個分量。徑向分量使定子鐵心產(chǎn)生的振動變形是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的作用力矩,它使齒對其根部彎曲,并產(chǎn)生局部振動變形,這是電磁噪聲的一個次要來源；電磁噪聲一般在極數(shù)較多、功率較大的電機中比較明顯,并且是引起負(fù)載時噪聲增大的重要原因。三相異步電動機運行時，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，該振

3、動傳到機座，引起機座的振動，從而又使機座周圍的空氣脈動而引起電磁噪聲，電機本身都有固有的振動頻率，當(dāng)徑向力波頻率與電機的固有頻率相同或相近時，就會引起共振，產(chǎn)生很大的電磁噪音?；\型異步電動機電磁噪聲的頻帶通常為700 4000Hz 。在這個頻率范圍內(nèi),人的耳朵有很高的靈敏度,因而引起強烈的噪聲感覺,嚴(yán)重時表現(xiàn)為十分刺耳的嘯叫聲。降低電動機電磁噪聲的基本條件，除了使力波頻率遠(yuǎn)離電動機固有頻率這一傳統(tǒng)條件以外，電動機二維電磁噪聲理論又增加一個使力波階數(shù)不等于模態(tài)振型階數(shù)這個新條件。因此，二維電磁噪聲理論給電動機槽配合的選擇提供了兩個可以達(dá)到降低噪聲的選擇條件。Y系列電動機的主要模態(tài)振型階數(shù)大多數(shù)是

4、2階的，所以異步電機避免產(chǎn)生高電磁噪聲的經(jīng)驗是消除2階力波，二維電磁噪聲理論給予異步電動機設(shè)計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.計算電磁力波階數(shù)和力波頻率；2.計算電動機結(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)生的力波所引起的振動與噪聲，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Z1和Z2分別代表定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)，則要求：Z1-Z2(

5、0或2p)； Z1-Z2(1或2p1)； Z1-Z2(2或2p2)；Z1-Z2(3或2p3)；槽配合影響電機的附加轉(zhuǎn)矩、附加損耗、電磁振動和電磁噪聲。從降低電磁噪聲方面考慮，選擇槽配合時應(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)子槽數(shù)選擇不當(dāng)，使力波頻率與定子固有頻率重合，電機將有明顯的電磁噪聲現(xiàn)象，可用下式計算： 上式中：； f1 = 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)對電磁力波的階次n有直接的影響，對于不同槽配合的電機將產(chǎn)生不同階次的力波。根據(jù)下式計算電磁力波的階次n.上式中：根據(jù)麥

6、克斯韋定律，氣隙磁場中單位面積的徑向電磁力按下式計算：式中：B氣隙磁密機械角位移0真空磁導(dǎo)率由于定、轉(zhuǎn)子繞組中存在著主波磁勢與各次諧波磁勢，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B1所產(chǎn)生的徑向力波為：Pr1=P0+P1，式中，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。不變部分不會產(chǎn)生振動與噪聲。P1=P0cos(2p-21t-20)，其中p為主波的極對數(shù)，1主波的角速度，0初相角。P1是徑向力波的交變部分，這個力波的角頻率是21，即2倍的電源頻率，它使定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生2倍電源頻率的振動與噪聲。它的強度與氣隙磁密的平方成正比，這在兩極的大容量電機中，容易

7、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。 為了控制機械噪聲和振動，首先必須判明產(chǎn)生振動或噪聲的部位，使用儀器測繪電機噪音頻譜曲線時,常用倍頻程或1/3倍頻程,電機噪音頻譜分析一般用1%窄帶頻譜這樣便于找出電機的主要噪音聲源（如僅做分析不計量可以用掌上電腦的噪音測試軟件測試對應(yīng)峰值）；常見的電機噪聲頻率與發(fā)生部位：1.軸承1)軸承滾珠：2000-5000Hz； 2)軸向振動：1000-1600Hz有明顯峰值；3)軸向串動聲：50-400 Hz有明顯峰值(對應(yīng)f=n/10, n/30, n/60*Re/Rc 或 E*n/30)；2.端蓋共振：1000-1500 Hz有

8、峰值；3.機殼共振：500-1000 Hz有明顯峰值；4.換向器噪音：m*n/60；5.轉(zhuǎn)子動不平衡噪音：n/60 Hz；6. 單邊電磁拉力不平衡：峰值與電源頻率對應(yīng)；7.電機定子磁場徑向磁拉力振動峰值與兩倍電源頻率對應(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),f0為電源頻)；9.轉(zhuǎn)差聲：Sf0或2Sf0，S為轉(zhuǎn)差率(%)；10.空氣動力共鳴聲：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)；電機的負(fù)載噪音的測試；1外拖法(負(fù)載隔離法)；2對拖疊加法(施加負(fù)載法)；3振動測試法；電磁噪聲是由在時間上和空間上作變化，并由電機各部分之間作用的磁拉力引起的。對

9、于異步電機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旋轉(zhuǎn)力波，它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，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，在一般情況下，對高次諧波來說，電動機轉(zhuǎn)子剛度相對較強，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固有頻率接近或相等時，就會引起“共振”。在這種情況下，即使徑向力的波幅不大，也會導(dǎo)致鐵心變形、周期性震動和產(chǎn)生較大噪聲。4. 定子變形后引起周圍空氣振動，從而產(chǎn)生噪聲。這時，定子相當(dāng)于一個聲輻射器。 5. 當(dāng)鐵心飽和時，將會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)時也是在變化和波動的。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)臍庀洞琶埽粦?yīng)太高，但過低又會影響材料的利用率；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，斜一個定子槽距；5. 定、轉(zhuǎn)子磁路對稱均勻，迭壓緊密；6. 定、轉(zhuǎn)子加