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电机电磁噪声的控制方法
- 2019-08-20-

     电机的噪声基本可以分为机械噪声、通风噪声和电磁噪声,电磁噪声的控制相对要复杂一些,因为往往会由于噪声的控制而导致电机的其他性能不符合要求。


  一般来说,电机电磁噪声与气隙中定、转子磁场之间相互作用而产生的径向力、电机构件的动态响应、以及电机表面的噪声辐射特性有关。对感应电动机而言,其电磁噪声则主要与定、转子的槽配合,定、转子间不同轴度造成偏心而产生的单边磁拉力,转子铸铝质量的好坏,气隙大小、斜槽程度、绕组类别以及节距的选取等多种因素有关。


  应当指出,实施噪声控制的方法与影响噪声的因素一样,也是很多的,但有些控制方法会增加成本,或者影响电机性能。到目前为止,还没有一种简单规则,也没有万能方法能适用于各种型式的电机噪声控制,电机设计工作者只能尽一切努力,把可能发生的噪声降低到经济性和电机性能所限的最低范围内。


  降低感应电动机电磁噪声方法


  1、增大气隙


  如果其他情况相同,电机磁密波和径向力波的幅值随着定转子气隙长度的增大而减小。但对于感应电动机,当气隙增大时,通常会使效率和功率因数降低,并使电机温升有所增高。


  2、2P电机脉动噪声控制


  静(动)态转子偏心以及定子与转子铁心中磁导的变化会在2P电机中形成单极磁通波,从而造成脉动噪声。关于如何从设计上考虑对脉动噪声的控制,专家和学者曾提出不同设计方案对噪声影响情况的研究结果:对于单相两极感应电动机,如有可能,应使其在“对称”状态下运行,也就是使主、辅绕组中电流之间的相位差为90度。当相位差角为90”、即在“对称”运行状态时,全部主要脉动噪声成分具有最小声功率级。


  这是因为,在对称运行时的反转磁场为零,所有与反转磁场有关的脉动力都被消除。但是,总存在着由正转磁场引起的脉动噪声成份,故脉动噪声即使在对称运行时也不能完全消除。为减小两极电机的脉动噪声,可以采取的基本措施是:转子应校动平衡;使反转磁场最小;使气隙磁导变化最小。


  3、斜槽


  定子或转子采用斜槽,会使作用于某一轴向位置处的定子叠片上的径向力与作用于其他轴向位置处的其它铁心叠片上的力有所不同。换句话说,采用斜槽使得不同轴向铁心位置处的径向力之间存在相位差。因此,作用于一根导条上的平均径向力,乃至于振动和噪声级,都将因采用斜槽而降低。


  试验证明,斜槽仅对100kW以下中小型交流电机有好处。对于大型交流电机,特别是额定功率超过500kW的电机,一般不采用斜槽,因为这样会在转子笼型导条之间引起较大的横向电流,并造成扭转振动,增大发出的噪声。在中小型交流电机中,扭振固有频率一般高于10kHz,因而扭转振动对电机噪声的影响可以忽略。理论研究表明,直流电动机磁极斜装或电枢斜槽一个或多个整数槽距,有助于减少作用于定子磁极的磁力和转矩。


  4、定子绕组采用并联支路


  一些电机理论研究指出,转子偏心将引起一系列低极对数的径向力波,并使电机运行噪声增大。因此,应当在工艺上严格控制转子偏心度,使之降到最小可能限度。但从经济上考虑,尤其对于大规模生产来说,采用这种办法比较困难。另一种方法则是在定子绕中采用并联支路。


  试验表明,在不同的并联支路数和连接方式时,如果每段绕组上的外加电压保持不变,如以全部极相组串联时所得到的声功率级作为基准,则在75%相对偏心度时,采用两条并联支路加均压线的连接方式使噪声明显减少;没有均压线的相同连接方式,噪声减少得不多,具有4条并联支路的对减少噪声的作用比具有两条并联支路加均压线的还要好。


  但是,并联支路数等于极对数是减少振动的最有效连接方式的看法并不总是正确的,而无均压线的并联接法比起其它连接方式似乎也得益较少,且从实际上可以证明,它甚至不比采用全部串联的绕组更为优越。此外,形成并联支路的外接线布置要特别注意,不可形成“环”。


  5、降低电机外表面的动态振幅


  (1)使电机主要构件(定子、转子、端盖)的固有频率与主要电磁激振力的频率失谐。对于由变频装置供电的交流变速电机,要避免发生共振比较困难,因为其主要电磁激振力的频率变化范围很宽。(2)定子铁心与机座之间采用“弹性”机械联接,以最大限度地减小机座振动。这种方法通常用于大型和中型电机。(3)增高定子铁芯轭部高度,以增大其刚度。(4)采用减振材料,以增大构件的抗振能力。(5)增加电磁激振力的阶数。


  6、降低声辐射效率


  为使电机发出的噪声最小,建议采用较短的长度和较大的直径,而不是较长的长度和较小的直径。此外,还应适当地选择定子和转子槽数,以保证主要的电磁激据力成分具有较高的阶数。当然,选择定、转子槽数时,必须兼顾电机杂散损耗、附加转矩等和电机成本。此外,还应注意不能因槽数改变导致电磁激振力频率与某些电机构件的固有频率相接近。


  分析认为,严格遵守定、转子槽配合的规则是首要的,而使这些频率彼此不相接近是最重要的事情。


  选择定、转子槽数已提出不少规则,但是没有一种规则能适用于所有型式的电机。还没有使发出噪声最小的绝对“好的”槽配合;如果要作选择的话,应全面考虑到力波成分、构件机械行为和电机表面的辐射特性。


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