總結(jié)電機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因及減小噪音的設(shè)計(jì)流程

趙開明 張壽亮

摘要：隨著人們對(duì)精神生活的向往，噪音也是一種污染。針對(duì)在電機(jī)運(yùn)行中影響電機(jī)性能的關(guān)鍵性因素———電機(jī)噪聲，文章對(duì)電磁噪聲和通風(fēng)噪聲兩個(gè)最常見的噪聲類型進(jìn)行深入分析，提出噪聲的產(chǎn)生原因，并結(jié)合以往相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行減噪設(shè)計(jì)，如對(duì)電磁噪聲進(jìn)行槽配合設(shè)計(jì)、采用轉(zhuǎn)子斜槽，對(duì)通風(fēng)噪聲，保證風(fēng)量設(shè)計(jì)、風(fēng)扇選型和風(fēng)路設(shè)計(jì)的合理性，以此為實(shí)際的電機(jī)設(shè)計(jì)提供參考借鑒，保證電機(jī)性能，減小或避免噪聲的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：電機(jī)噪聲;電磁噪聲;噪聲產(chǎn)生原因;減噪設(shè)計(jì)

引言

電機(jī)噪聲的產(chǎn)生有單方面原因也有多方面原因。單方面原因則是由自身機(jī)械設(shè)備的日常工作運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的;多方面原因則是由于人為操作、電機(jī)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作運(yùn)行出現(xiàn)故障、或者是內(nèi)部元件產(chǎn)生問(wèn)題造成元件摩擦而產(chǎn)生的噪聲。機(jī)械噪聲是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結(jié)構(gòu)共振形成的噪聲。機(jī)械原因引起的噪聲種類很多，也很復(fù)雜。這些噪聲的直接來(lái)源都是電機(jī)設(shè)備，解決其最好的辦法還是要從自身去找原因，找到問(wèn)題的所在并能夠提出有效的設(shè)計(jì)方法才能夠盡量減少或避免電機(jī)設(shè)備不正常噪音存在的可能性。

1、電機(jī)電磁噪聲產(chǎn)生原因與減噪設(shè)計(jì)

電磁噪聲為電機(jī)噪聲重要來(lái)源，尤其是多極數(shù)電機(jī)，電磁噪聲更加突出。通常這種噪聲伴隨電機(jī)功率的不斷增加而變大，同時(shí)這也是電機(jī)負(fù)載過(guò)程中噪聲明顯增大的原因。這種噪聲和電機(jī)自身電磁設(shè)計(jì)參數(shù)有著十分密切的關(guān)系，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，將使噪聲表現(xiàn)得極為明顯，甚至超過(guò)其它類型的噪聲。基于此，必須加強(qiáng)對(duì)電磁噪聲的研究，以探究有效的減噪措施。

1.1電磁噪聲產(chǎn)生原因

電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，氣隙當(dāng)中不僅存在基波，還有諧波磁場(chǎng)，彼此相互作用，在產(chǎn)生切向力的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生電磁力波。當(dāng)定轉(zhuǎn)子受到這些力波持續(xù)作用時(shí)，將出現(xiàn)徑向變形，而且呈周期性。因轉(zhuǎn)子鐵心有很大的剛度，所以不會(huì)產(chǎn)生太大振動(dòng)，通常情況下只需考慮定子鐵心和它傳遞至機(jī)座部位的振動(dòng)。這種振動(dòng)一旦產(chǎn)生將導(dǎo)致周圍的空氣發(fā)生脈動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。

1.2減噪設(shè)計(jì)

電磁噪聲和聲輻射特性、徑向力與動(dòng)態(tài)響應(yīng)幾個(gè)因素有關(guān)，為減小這種噪聲，可從下列方面著手：1.2.1槽配合：它對(duì)電磁噪聲有很大影響，在減噪設(shè)計(jì)過(guò)程中，定轉(zhuǎn)子槽數(shù)會(huì)對(duì)電磁力波自身階次帶來(lái)很大的影響，即不同槽配合會(huì)產(chǎn)生階次各異的力波。對(duì)于電磁力波，其頻率與階數(shù)可采用以下公式表達(dá)：

式（1）、（2）中，n表示力波系數(shù);Z1表示定子槽數(shù);Z2表示轉(zhuǎn)子槽數(shù);f、f1表示力波頻率;P表示極對(duì)數(shù);K=0，1，2，···;K1、K2=±1，±2，±3，···。為了使力波系數(shù)不等于0、1、2、3，并在必要情況下不等于4、5，應(yīng)確定適宜的槽數(shù)。如果固有振動(dòng)頻率無(wú)法精確確定，則可先使槽數(shù)滿足下列公式，這樣能有效避免固有振動(dòng)，防止共振現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2.2轉(zhuǎn)子斜槽：通過(guò)斜槽的使用能很好的減弱電磁噪聲，而且這對(duì)電機(jī)性能帶來(lái)的影響也是最小的。然而，在使用斜槽之后，因徑向力將沿著軸向長(zhǎng)度方向產(chǎn)生一定扭轉(zhuǎn)力矩，致使鐵心發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生很大的噪聲。該振動(dòng)一般不會(huì)出現(xiàn)在小型電機(jī)當(dāng)中，而在大型電機(jī)卻很常見，必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中引起重視。為有效解決這一問(wèn)題，需使用分成兩段的斜槽，按照人字形結(jié)構(gòu)布置，在中間處設(shè)置短路環(huán)。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以有效降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

1.2.3繞組型式：使用適宜的繞組節(jié)距及短距線圈能有效降低力波幅值與諧波含量。在三相繞組當(dāng)中，沒(méi)有三次諧波，起到主要作用的為五次諧波與七次諧波。想要消除這兩種諧波，通常節(jié)距要達(dá)到整距五倍或者六倍，而二極電機(jī)的節(jié)距要達(dá)到整距兩倍或者三倍。

1.2.4磁密：減小氣隙的磁通密度也能有效降低噪聲。由于徑向力和氣隙磁密之間為正比關(guān)系，振動(dòng)幅值和徑向力同樣為正比關(guān)系，所以聲功率和振動(dòng)幅值之間也保持正比關(guān)系，基于此，如果磁密度從B1改變成B2，則聲功率級(jí)具體變化值可以按照下列公式進(jìn)行估算：

2、電機(jī)噪聲產(chǎn)生原因

2.1內(nèi)部元件不平衡

在日常的生活之中，電機(jī)設(shè)備噪聲的產(chǎn)生主要是由機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的元件結(jié)構(gòu)不平衡所導(dǎo)致的，進(jìn)而使得電機(jī)在使用的過(guò)程之中出現(xiàn)較大的噪聲。在電機(jī)設(shè)備之中，其元件的不平衡主要有三種：第一，動(dòng)不平衡。在動(dòng)不平衡的情況之下，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的離心力，這就會(huì)使得在支座之上產(chǎn)生相互的震動(dòng)，進(jìn)而加大了噪聲的強(qiáng)度，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的噪聲污染。同時(shí)，噪聲越大，產(chǎn)生的震動(dòng)變?cè)酱?，在?qiáng)烈的震動(dòng)之下，并且由于相關(guān)工作人員的疏忽大意，會(huì)導(dǎo)致在施工之中對(duì)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)和修繕不到位，所以，就會(huì)噪聲機(jī)械設(shè)備之中的噪聲越來(lái)越大，嚴(yán)重的直接能夠?qū)е码姍C(jī)的損壞。另外，靜不平衡產(chǎn)生的原因與動(dòng)不平衡具有一定的差別，但是其產(chǎn)生噪聲的大小也是受到離心力和相位不平衡的影響?；旌喜黄胶獾那闆r一般是發(fā)生在大型的電機(jī)企業(yè)之中。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐之中，其管理者一般對(duì)動(dòng)不平衡的關(guān)注度較高。

2.2持續(xù)性電機(jī)設(shè)備工作產(chǎn)生的噪音

由于電機(jī)設(shè)備的附近磁場(chǎng)活動(dòng)活躍，設(shè)備本身所負(fù)載的電流流量還打，再加上告訴運(yùn)轉(zhuǎn)中的電機(jī)設(shè)備，就使得電機(jī)設(shè)備附近形成磁場(chǎng)，久而久之這種電機(jī)慣性就要不斷的發(fā)生，使電磁產(chǎn)生聲音，對(duì)于其日后噪聲越來(lái)越大埋下了伏筆。

2.3壓力持續(xù)使電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生噪音

電機(jī)設(shè)備周圍的磁場(chǎng)穩(wěn)定離不開電磁的持續(xù)供應(yīng)，電機(jī)設(shè)備的供電特點(diǎn)是持續(xù)性的電源和電流，對(duì)于電磁噪聲的電機(jī)設(shè)備一直以來(lái)都是使用持續(xù)性電壓，導(dǎo)致磁場(chǎng)持續(xù)，若電壓一直保持不變，那么電機(jī)設(shè)備的磁場(chǎng)會(huì)越來(lái)越大，噪音也就會(huì)越大。

2.4減噪設(shè)計(jì)

2.4.1解決機(jī)械不平衡的問(wèn)題

機(jī)械不平衡的問(wèn)題是影響我國(guó)電機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的要素之一，若想科學(xué)、專業(yè)地處理這一問(wèn)題，首要的工作便是減小機(jī)械的不平衡量，保持機(jī)械設(shè)備的平衡性和精準(zhǔn)度。需要注意的是，無(wú)論是平衡性問(wèn)題還是精準(zhǔn)性問(wèn)題，均涉及到電機(jī)本身的性質(zhì)規(guī)定、使用標(biāo)準(zhǔn)、電機(jī)的顛簸性等幾個(gè)因素。比如：船用電機(jī)的正常運(yùn)行，必須保證其顛簸性符合規(guī)范、運(yùn)行周期達(dá)標(biāo)、振動(dòng)頻率小、噪聲小等條件，進(jìn)而嚴(yán)格確保電機(jī)設(shè)備的精準(zhǔn)度和平衡性。

2.4.2從源頭上切斷噪聲的產(chǎn)生

在正常的電機(jī)運(yùn)行中，受到外部和內(nèi)部的電機(jī)噪聲影響都很多，但是，只有噪音分貝得到一定程度了才能稱作噪音，而元件陳舊故障噪聲才能夠負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，減少噪聲對(duì)環(huán)境的損害。杜絕或減少產(chǎn)生噪聲的源頭則從根本上解決或降低電機(jī)噪聲，但是，目前它受到造價(jià)和技術(shù)等方面的限制。電磁噪聲和空氣動(dòng)力噪聲主要從合理的設(shè)計(jì)著手來(lái)減小。電磁噪聲是由于氣隙的高次諧波磁通密度產(chǎn)生的徑向力作用所致，其力的大小與磁通密度的平方成正比。減小噪聲的顯著方法是通過(guò)增大氣隙來(lái)減小磁通密度。為了降低高次諧波磁通密度的影響，一般情況下都做成狹窄的槽口或閉口槽。使用磁性槽楔降低磁通密度也是很有效的辦法。在小電機(jī)中定子或轉(zhuǎn)子斜槽減小了其平均徑向力，很大程度上降低了噪聲，而在大電機(jī)中，這可能會(huì)導(dǎo)致扭振，而使噪聲增大。斜槽也有助于消除感應(yīng)電機(jī)中的堵轉(zhuǎn)與爬行。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)電機(jī)而言，其噪聲水平是對(duì)電機(jī)整體質(zhì)量進(jìn)行衡量的關(guān)鍵指標(biāo)，也是對(duì)電機(jī)運(yùn)行及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)造成直接影響的重要因素，所以在電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)噪聲限值進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)使噪聲處在允許范圍內(nèi)。

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