異步電動(dòng)機(jī)中高次諧波與電磁振動(dòng)和噪聲的關(guān)系

摘 要：隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源與工業(yè)對電機(jī)的需求量也越來越大，如何提高電機(jī)質(zhì)量、更好的滿足用戶需求，在競爭激烈的電機(jī)產(chǎn)銷市場中站穩(wěn)腳跟，就成為了電機(jī)生產(chǎn)廠家面對的重大課題。其中合理控制異步電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪音就是關(guān)鍵技術(shù)之一。異步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪音主要根源有電磁振動(dòng)噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲、空氣動(dòng)力噪聲等。而高次諧波產(chǎn)生的電磁噪聲是當(dāng)前異步電動(dòng)機(jī)主要存在的問題之一，針對諧波產(chǎn)生的途徑可以采取相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī);高次諧波;電磁振動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，氣隙中存在一系列的諧波，異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生電磁噪聲的主要原因就是因?yàn)闅庀吨写艌鲋C波的存在，磁場諧波和基波互相作用產(chǎn)生切向力和旋轉(zhuǎn)徑向電磁波力，這些徑向波力作用在定轉(zhuǎn)子上從而引發(fā)基座的振動(dòng)，是基座周圍的空氣脈動(dòng)引發(fā)電磁噪聲，當(dāng)基座的中東頻率與電機(jī)本身的振動(dòng)頻率相同的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生共振從而引發(fā)更大的電磁噪音，所以異步電動(dòng)機(jī)在制造的時(shí)候如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，電磁噪音會(huì)十分的明顯。

一、電磁噪音和高次諧波的概念

（一）電磁噪聲的概念

電磁噪音是指異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，氣隙中的諧波磁場和基波因?yàn)橄嗷プ饔卯a(chǎn)生切向力和頻率不同的旋轉(zhuǎn)徑向電磁力波，作用在定轉(zhuǎn)子上使定轉(zhuǎn)子發(fā)生隨時(shí)間上和空間上變化的周期性變形，產(chǎn)生高倍數(shù)電源頻率振動(dòng)，從而與基座和電動(dòng)機(jī)本身中衛(wèi)的空氣脈沖產(chǎn)生共振，產(chǎn)生電磁噪音。

（二）高次諧波的概念

高次諧波是指電動(dòng)機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)問題是氣隙中的磁通分布不規(guī)則的正弦波形，可以根據(jù)傅立葉級數(shù)數(shù)可以分解為頻率為電源頻率為fl的基波，和一系列的三次諧波、五次諧波等f1的奇倍數(shù)的諧波，統(tǒng)稱為高次諧波?；ㄕ駝?dòng)頻率比較低，產(chǎn)生的電磁噪聲也不明顯，而五倍諧波和七倍諧波因?yàn)橐鸬恼駝?dòng)頻率和幅度比較高，使定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生十倍或者十四倍的電源頻率的振動(dòng)和噪聲。

（三）諧波引發(fā)電磁噪音的危害

異步發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)楦哳l諧波而產(chǎn)生的電磁噪聲，不僅對周圍環(huán)境造成影響，而且還會(huì)對異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行帶來很大的影響，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中，由于在氣隙中伴隨著基波磁場而產(chǎn)生諧波磁場，在磁場的干擾下就會(huì)導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)附加轉(zhuǎn)矩、雜散損耗以及電磁噪聲的產(chǎn)生，從而影響電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。而且因?yàn)橹C波磁場在氣隙中旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，會(huì)使定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生變形，處于交變磁場中，鐵心產(chǎn)生額外損耗，或者因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)條感應(yīng)諧波電流，產(chǎn)生附加的銅消耗。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱增加，效率下降。而且諧波產(chǎn)生的高倍電源頻率振動(dòng)會(huì)增大電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲，造成噪音污染，影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和啟動(dòng)，所必須要削弱高次諧波。

二、降低電磁噪聲的方法

想要降低諧波磁場從而降低電磁噪聲，除了盡量減小諧波磁場還有就是破壞構(gòu)成定轉(zhuǎn)子諧波磁場相互作用的條件，使它不能產(chǎn)生定向波力和旋轉(zhuǎn)徑向電磁力波。降低和改善電磁振動(dòng)的方法主要有以下幾個(gè)

（一）加大氣隙

徑向波力由兩個(gè)任意磁通密度波相互作用而產(chǎn)生，振動(dòng)幅度與徑向力成正比，而生功率與振動(dòng)幅值的平方近似成正比，所以氣隙增大生功率就會(huì)降低，因此增大氣隙可以降低異步電動(dòng)機(jī)的電磁噪音。但是也要考慮增大氣隙對電動(dòng)機(jī)帶來的問題，增大氣隙會(huì)導(dǎo)致空載電流過大，因此空隙增大要綜合考慮，合理利用。

（二）鐵心斜槽

所謂的鐵心斜槽是指將槽中心線沿著軸中心線轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，不管是定子斜槽還是轉(zhuǎn)子斜槽在理論上都是一樣的，但考慮到斜槽后的下線難度，一般是轉(zhuǎn)子斜槽。轉(zhuǎn)子斜槽后可以將異步電動(dòng)機(jī)中的最主要的磁場諧波所產(chǎn)生的軸向零階徑向力波削弱到十分低的程度，所以異步電動(dòng)機(jī)使用鐵心斜槽的辦法對降低異步電動(dòng)機(jī)的電磁噪音來說十分有效。其中轉(zhuǎn)子斜一個(gè)定子槽距技能有效降低電磁噪音，對異步電動(dòng)機(jī)的影響也能降到最低?？傮w來說鐵心斜槽對降低異步電動(dòng)機(jī)的作用還是比較大的。

（三）定子正弦繞組

定子正弦繞組是另一種比較有效的改善異步電動(dòng)機(jī)電磁噪音的另一種方法，定子正弦繞組是指該繞組的各個(gè)定子鐵心槽中的導(dǎo)體數(shù)是按正弦規(guī)律分布的，而不是均勻分布，導(dǎo)體數(shù)是按正弦規(guī)律分布可是是電動(dòng)機(jī)空氣隙磁通的分布規(guī)律接近正弦波形，這個(gè)方法可以有效的削弱諧波，對改善異步電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲有一定的作用。一般的異步電動(dòng)機(jī)中都會(huì)采用轉(zhuǎn)子斜槽，定子正弦繞組的方法，可以有效的降低電磁噪聲。

（四）槽配合

因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的電磁噪聲主要是由于徑向力波作用在定轉(zhuǎn)子上，使定轉(zhuǎn)子周期性變形，導(dǎo)致電磁噪聲產(chǎn)生和增大，所以選擇合適定轉(zhuǎn)子的槽配合是降低電磁噪聲的最有效，也是最經(jīng)濟(jì)的辦法。在選擇槽配合的時(shí)候要避免出現(xiàn)幅值大，次數(shù)低的力波。在選擇定轉(zhuǎn)子槽數(shù)是應(yīng)采用遠(yuǎn)槽和多槽配合，但槽配合也要慎重考慮， 因?yàn)椴叟浜蠒?huì)影響到異步電動(dòng)機(jī)的起步和附加損耗。

還有其他的降低電動(dòng)機(jī)電磁噪聲的措施，但因?yàn)楦饔腥毕?，性價(jià)比不高，如：改變機(jī)型，減小基座的徑向振動(dòng)，采用轉(zhuǎn)子閉口槽等辦法，可以適當(dāng)考慮選擇。，但每一種都要考慮針對性，因?yàn)槊恳环N方法都會(huì)帶來負(fù)面效果，盡量選擇其中性價(jià)比比較高的方法。

三、結(jié)束語

異步電動(dòng)機(jī)如果設(shè)計(jì)或制造不當(dāng)，產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)和噪聲會(huì)給用戶帶來很大的困擾，所以設(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)時(shí)要充分了解產(chǎn)生電磁振動(dòng)和噪聲的因素，采取相關(guān)措施削弱高次諧波，減小振動(dòng)程度，改善電磁噪聲。采用鐵心斜槽，選擇合理的槽配合等方法對此都有較好的作用，而且負(fù)面影響較小。盡管目前無法做到完全消除高次諧波和電磁噪聲，我們?nèi)钥梢酝ㄟ^采用多種措施相結(jié)合的辦法，將異步電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲控制在合理范圍內(nèi)。

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