電動(dòng)機(jī)噪聲的分析

王興旺，徐曉燕

(1 佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002;2 中國(guó)石油吉林石化公司乙二醇廠，吉林吉林132021)

0 引言

噪聲污染已成為工業(yè)污染的主要部分，越來(lái)越引起重視。降低噪聲，凈化人類的生存環(huán)境已成為擺在我們面前的首要任務(wù)。異步電動(dòng)機(jī)的噪聲可分為三類:通風(fēng)噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲、電磁噪聲。只有找出產(chǎn)生噪聲的根本原因才能有效地抑制噪聲。

1 噪聲的分析及解決措施

1.1 通風(fēng)噪聲

通風(fēng)噪聲分為笛聲和渦流聲。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min 及以上或風(fēng)扇直徑大于200mm，通風(fēng)噪聲常常是電動(dòng)機(jī)噪聲的主要部分。尤其是全封閉高速自扇冷式電動(dòng)機(jī)當(dāng)風(fēng)扇圓周速度超過(guò)50m/s 時(shí)，可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的噪聲大部分由風(fēng)扇產(chǎn)生。

電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)扇葉片和轉(zhuǎn)子的凸出部分(如徑向通風(fēng)槽板或端環(huán)風(fēng)葉)周期性的撞擊空氣，產(chǎn)生交替的疏密波就會(huì)引起笛聲。笛聲的頻率是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的倍數(shù)

式中，m—風(fēng)扇葉片數(shù)或葉片與風(fēng)路中障礙物個(gè)數(shù)的最小公倍數(shù);n—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。

風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起周圍空氣產(chǎn)生渦流，渦流及渦流的分裂會(huì)使空氣壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生渦流聲。渦流聲的頻譜是連續(xù)分布的，在400 ～2000Hz 范圍內(nèi)較大，渦流聲的聲級(jí)也是不穩(wěn)定的。

以笛聲為主的通風(fēng)噪聲往往通過(guò)調(diào)整風(fēng)扇葉片的數(shù)量和適當(dāng)增加風(fēng)扇外徑與風(fēng)罩或與端蓋內(nèi)腔的間隙(大于風(fēng)扇外徑的15%)，以避開(kāi)“共鳴”條件就可大幅度抑制笛聲。

以渦流聲為主的通風(fēng)噪聲，噪聲的聲功率與風(fēng)扇外徑的5 ～7 次方、轉(zhuǎn)速的5 次方和葉片寬度的1 次方成正比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子溫升有較大裕度時(shí)，減小風(fēng)扇外徑是抑制通風(fēng)噪聲最簡(jiǎn)便和最有效的方法。對(duì)于離心式風(fēng)扇風(fēng)葉下端帶一傾角以擴(kuò)大進(jìn)風(fēng)口面積也可以抑制渦流噪聲。

1.2 機(jī)械振動(dòng)噪聲

機(jī)械振動(dòng)噪聲主要是軸承噪聲及其結(jié)構(gòu)件共振噪聲，其次是旋轉(zhuǎn)振動(dòng)噪聲。

滾動(dòng)軸承的噪聲是低速中小型電動(dòng)機(jī)噪聲的主要部分。尤其是轉(zhuǎn)速在1000r/min 及以下或風(fēng)扇直徑較小的電動(dòng)機(jī)，軸承噪聲隨滾動(dòng)體內(nèi)圈直徑和轉(zhuǎn)速的增大而增大。選用制造精度高的軸承是降低軸承噪聲的有效手段。同時(shí)，軸承裝配時(shí)不能用力敲打，以避免破壞軸承滾動(dòng)體的精度。在軸承載荷和壽命許可的條件下，應(yīng)選用內(nèi)圈直徑小的軸承，球軸承應(yīng)比圓柱滾子軸承優(yōu)先選用。滾動(dòng)軸承的實(shí)際工作游隙過(guò)小，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活會(huì)使軸承噪聲增大。為了抑制軸承噪聲必須嚴(yán)格控制軸承臺(tái)外徑及其圓柱度、端蓋軸承室的內(nèi)徑及其圓柱度。軸承外圈與端蓋軸承室宜采用間隙配合，以不產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)為好。電機(jī)零部件的加工質(zhì)量、軸承裝配質(zhì)量、軸承的清潔度和潤(rùn)滑狀況對(duì)軸承噪聲也有影響。

電動(dòng)機(jī)端蓋、機(jī)座、端罩等零件受轉(zhuǎn)子不平衡離心力、電磁力和軸承振動(dòng)的影響，按其固有頻率振動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。小型電動(dòng)機(jī)的端蓋為薄壁結(jié)構(gòu)，軸向剛度差容易引起共振噪聲。增強(qiáng)端蓋剛度、改善零部件結(jié)構(gòu)(加厚風(fēng)罩厚度、增加機(jī)座的散熱筋)，來(lái)改變其固有頻率就可以消除共振噪聲。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良會(huì)使機(jī)械振動(dòng)噪聲增大，反之則可降低機(jī)械振動(dòng)噪聲。

1.3 電磁噪聲

低速電動(dòng)機(jī)電磁噪聲有時(shí)也是電動(dòng)機(jī)噪聲的重要來(lái)源。異步電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲除雙倍電源頻率噪聲由主磁場(chǎng)引起外，主要是由氣隙諧波磁場(chǎng)引起的。定轉(zhuǎn)子齒諧波磁通相互作用而產(chǎn)生的徑向交變磁拉力引起定子鐵心軛部產(chǎn)生周期性的徑向動(dòng)態(tài)變形，激發(fā)定子發(fā)出電磁噪聲。當(dāng)定轉(zhuǎn)子槽配合選擇不合理，使定子一階齒諧波次數(shù)與轉(zhuǎn)子一階齒諧波次數(shù)的差值為±1、±2、±3，同時(shí)定子鐵心或機(jī)座的固有振蕩頻率接近交變磁拉力的頻率，而產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)變形時(shí)，電磁噪聲會(huì)明顯增大。

鑄鋁轉(zhuǎn)子斷條、轉(zhuǎn)子偏心會(huì)引起兩倍轉(zhuǎn)差頻率的差頻噪聲。這種噪聲在中型電動(dòng)機(jī)和兩極電動(dòng)機(jī)中有時(shí)較突出。定子繞組不對(duì)稱或匝間短路，會(huì)引起兩倍電源頻率的噪聲。鑄鋁轉(zhuǎn)子閉口槽的槽口車得不均勻會(huì)引起時(shí)有時(shí)無(wú)的起伏聲。鐵心疊壓不緊、齒壓板松弛會(huì)引起沖片振動(dòng)聲。

降低電磁噪聲的有效措施:削弱諧波磁場(chǎng)的幅值，從而減小引起定子鐵心動(dòng)態(tài)變形的交變磁拉力;轉(zhuǎn)子采用斜槽;加大氣隙，提高氣隙的均勻度;合理選擇定子繞組節(jié)距;減小定轉(zhuǎn)子鐵心的槽口寬度，定子開(kāi)口槽選用磁性槽楔;適當(dāng)降低氣隙磁密;合理選擇定轉(zhuǎn)子槽配合，盡量避免采用易產(chǎn)生低階次徑向交變電磁力的槽配合。

2 噪聲的判定

(1)通風(fēng)噪聲與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。人為堵住電動(dòng)機(jī)的進(jìn)出風(fēng)口或去掉風(fēng)扇，通風(fēng)噪聲會(huì)減弱或消失。以通風(fēng)噪聲為主的電動(dòng)機(jī)在進(jìn)出風(fēng)口，尤其風(fēng)扇附近的噪聲比其他部位大。

(2)機(jī)械振動(dòng)噪聲與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，機(jī)械振動(dòng)噪聲較大的電動(dòng)機(jī)往往振動(dòng)也較大。

(3)電磁噪聲隨電動(dòng)機(jī)電壓的提高和負(fù)載的加大而增加;電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中噪聲最大，斷電后隨即消失。電磁噪聲如由定子繞組不對(duì)稱或匝間短路造成的，則定子三相電流一定不平衡;如因鑄鋁轉(zhuǎn)子有缺陷造成的，則定子三相電流往往波動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，采取相應(yīng)措施降低了電動(dòng)機(jī)的噪聲，但抑制噪聲的方法還有很多，需要我們更深入的研究，只要找到電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的根源，并對(duì)癥采取措施后才能從根本上解決噪聲擾人的難題。

［1］ 陳永校，諸自強(qiáng)，應(yīng)善成.電機(jī)噪聲的分析和控制.杭州:浙江大學(xué)出版社，1987.

［2］ 江鐘衍.異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)及其質(zhì)量分析.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985.