電機噪聲分析與控製
發布時間:2021-09-03 責任編輯:wenwei
【導讀】電機噪聲主要來自三個方麵:空氣噪聲、機械噪聲和電磁噪聲,但有時也會將電路內部噪聲列入噪聲源之一。電路內部噪聲主要來自電路自勵、電源哼聲以及電路元件中的電子流起伏變化和自由電子的熱運動。
1. 空氣噪聲

空氣噪聲主要由於風扇轉動,使空氣流動、撞擊、摩擦而產生。噪聲大小決定於風扇大小、形狀、電機轉速高低和風阻風路等情況。
空氣噪聲的基本頻率
其中,N——風扇葉片數;n——電機轉速。
風扇直徑越大,噪聲越大,減小風扇直徑10%,可以減小噪聲2—3dB。但隨之冷量也會減少。當風葉邊緣與通風室的間隙過小,就會產生笛聲(似吹笛聲)。如(ru)果(guo)風(feng)葉(ye)形(xing)狀(zhuang)與(yu)風(feng)扇(shan)的(de)結(jie)構(gou)不(bu)合(he)理(li),造(zao)成(cheng)渦(wo)流(liu),同(tong)樣(yang)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)。由(you)於(yu)風(feng)扇(shan)剛(gang)度(du)不(bu)夠(gou),受(shou)氣(qi)流(liu)撞(zhuang)擊(ji)時(shi)發(fa)生(sheng)振(zhen)動(dong),也(ye)會(hui)增(zeng)加(jia)噪(zao)聲(sheng)。此(ci)外(wai),轉(zhuan)於(yu)有(you)凸(tu)出(chu)部(bu)分(fen),也(ye)會(hui)引(yin)起(qi)噪(zao)聲(sheng)。

2. 機械噪聲
空氣噪聲主要由於風扇轉動,使空氣流動、撞擊、摩擦而產生。噪聲大小決定於風扇大小、形狀、電機轉速高低和風阻風路等情況。
空氣噪聲的基本頻率
則滾珠的旋轉頻率

式中:
dr——滾珠直徑(mm)
d1——軸承內圈滾道的直徑(mm)
d2——軸承外圈滾道的直徑(mm)
保持架的旋轉頻率

其中,N——風扇葉片數;n——電機轉速(RPM)。
而軸承內外圈滾道中的波紋、凹坑、超糙度是引起噪聲的主要原因。
試shi驗yan表biao明ming,噪zao聲sheng聲sheng壓ya級ji與yu滾gun動dong麵mian的de波bo紋wen高gao度du和he波bo紋wen數shu的de乘cheng積ji成cheng正zheng比bi。此ci外wai,徑jing向xiang遊you隙xi的de大da小xiao,也ye影ying響xiang噪zao聲sheng,減jian小xiao徑jing向xiang遊you隙xi,可ke降jiang低di噪zao聲sheng,但dan是shi徑jing向xiang遊you隙xi小xiao的de軸zhou承cheng要yao求qiu配pei用yong在zai兩liang軸zhou承cheng室shi同tong心xin度du高gao的de機ji殼ke和he端duan蓋gai,並bing且qie對dui轉zhuan子zi同tong軸zhou度du的de要yao求qiu提ti高gao。
同(tong)時(shi)潤(run)滑(hua)脂(zhi)質(zhi)量(liang)的(de)優(you)劣(lie)也(ye)是(shi)影(ying)響(xiang)噪(zao)聲(sheng)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)。噪(zao)聲(sheng)與(yu)潤(run)滑(hua)脂(zhi)的(de)粘(zhan)度(du)有(you)關(guan),試(shi)驗(yan)表(biao)明(ming),噪(zao)聲(sheng)隨(sui)粘(zhan)度(du)增(zeng)大(da)而(er)減(jian)小(xiao),但(dan)粘(zhan)變(bian)增(zeng)大(da)到(dao)一(yi)定(ding)數(shu)值(zhi)後(hou),噪(zao)聲(sheng)反(fan)而(er)增(zeng)大(da),這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)油(you)膜(mo)對(dui)振(zhen)動(dong)有(you)援(yuan)衝(chong)作(zuo)用(yong),粘(zhan)度(du)大(da)、噪聲低,但當粘度過大,轉動時出現攪拌聲。
安(an)裝(zhuang)誤(wu)差(cha)對(dui)軸(zhou)承(cheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)。軸(zhou)承(cheng)的(de)安(an)裝(zhuang)誤(wu)差(cha)超(chao)過(guo)某(mou)一(yi)臨(lin)界(jie)值(zhi)會(hui)使(shi)軸(zhou)承(cheng)噪(zao)聲(sheng)急(ji)劇(ju)增(zeng)大(da),而(er)臨(lin)界(jie)角(jiao)隨(sui)軸(zhou)承(cheng)徑(jing)向(xiang)遊(you)隙(xi)減(jian)小(xiao)而(er)減(jian)小(xiao)。圖(tu)一(yi)表(biao)示(shi)某(mou)單(dan)列(lie)內(nei)心(xin)軸(zhou)承(cheng)在(zai)不(bu)同(tong)徑(jing)向(xiang)遊(you)隙(xi)時(shi)安(an)裝(zhuang)誤(wu)差(cha)角(jiao)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)關(guan)係(xi)。

3. 電磁噪聲

作用在電機定、轉zhuan子zi空kong氣qi隙xi中zhong的de交jiao變bian電dian磁ci力li會hui使shi電dian機ji定ding轉zhuan子zi產chan生sheng振zhen動dong及ji噪zao聲sheng。由you於yu氣qi隙xi磁ci場chang不bu僅jin有you基ji波bo而er且qie還hai有you一yi係xi列lie高gao次ci諧xie波bo存cun在zai,這zhe些xie磁ci場chang相xiang互hu作zuo用yong將jiang產chan生sheng周zhou期qi性xing的de作zuo用yong力li,基ji波bo及ji高gao次ci諧xie波bo電dian磁ci力li均jun會hui引yin起qi振zhen動dong及ji噪zao聲sheng。
電磁聲頻率分布大多在100-4000Hz之間。振動及噪聲強度的大小與電磁力的大小和定子、zhuanzigangduyouguan。dangjifazhendongdedianciliyuzhendongdelingbujiandezizhenpinlvxiangwenheshi,jianghuichanshenggongzhen,zhendongjizaoshengyejiangxianzhuzengjia。dianciliyoujingxiangfenliangheqiexiangfenliang,diancilijingxiangfenliangzaiyinqidianjizhendongjizaoshengfangmianqizhuyaozuoyong,tashidingzitiexinchanshengjingxiangzhendong,jingxiangzhendongchanshengdezaoshengweidianjidiancizaoshengdezhuyaochengfen。zaicaiyongdanshucaozhuanzichongpianshi,caozhizaoshengchengweidiancizaoshengdezuizhuyaobufen。dianjiyunxingguochengzhong,danshucaodezhuanzitiexinzhouqixingdishoudaodanbiancilalidebianhuasuochanshengde,qiyuanyinketongguotuyilaijieshi。

在圖(a)中zhong,上shang磁ci極ji極ji弧hu下xia覆fu蓋gai三san個ge轉zhuan子zi槽cao,而er下xia磁ci極ji極ji弧hu隻zhi覆fu蓋gai兩liang個ge轉zhuan子zi槽cao,此ci時shi上shang部bu磁ci拉la力li大da,下xia部bu磁ci拉la力li小xiao,使shi定ding子zi鐵tie芯xin有you向xiang上shang移yi動dong的de趨qu勢shi。當dang轉zhuan子zi轉zhuan動dong半ban個ge槽cao距ju後hou,則ze如ru圖tu(b)suoshi,cishixiacijijihufugailesangezhuanzicao,ershangcijijixianzhifugailelianggezhuanzicao,cishidecilaliqingkuangqilebianhua,xiabucilalida,shangbucilalixiao,yincidingzitiexinyouxiangxiayidongdequshi。suoyizaizhuanzixuanzhuanguochengzhong,dingzitiexinchanshengzhouqixingdeshangxiazhendong。tongli,zhuanzishoudaolezhouqixingbianhuadedanbiancilali,congeryinqizhuanzizhendong。
采用雙數槽轉子時,不會發生上述情況,但轉子旋轉時槽位變化,在氣隙中造成脈振磁場,也可能引起振動。
按照上麵分析,所產生的電磁噪聲頻率
式中:Z ——轉子槽數
在zai電dian磁ci噪zao聲sheng中zhong,除chu上shang述shu原yuan因yin所suo產chan生sheng的de噪zao聲sheng外wai,還hai由you於yu電dian流liu中zhong的de高gao次ci諧xie波bo分fen量liang,在zai定ding轉zhuan子zi氣qi產chan生sheng諧xie波bo磁ci場chang,也ye會hui產chan生sheng不bu均jun勻yun的de力li矩ju,造zao成cheng振zhen動dong而er產chan生sheng噪zao聲sheng。
噪聲鑒別方法
1. 斷電法
利用電磁噪聲隨磁場強弱、負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)以(yi)及(ji)轉(zhuan)換(huan)高(gao)低(di)而(er)變(bian)的(de)特(te)征(zheng),對(dui)空(kong)載(zai)運(yun)行(xing)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)靜(jing)聽(ting)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)突(tu)然(ran)切(qie)斷(duan)電(dian)源(yuan),隨(sui)著(zhe)電(dian)源(yuan)的(de)切(qie)斷(duan)部(bu)分(fen)噪(zao)聲(sheng)會(hui)立(li)即(ji)消(xiao)失(shi),此(ci)為(wei)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)。停(ting)電(dian)後(hou)電(dian)機(ji)借(jie)慣(guan)性(xing)繼(ji)續(xu)運(yun)轉(zhuan)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)則(ze)為(wei)機(ji)械(xie)噪(zao)聲(sheng)。反(fan)複(fu)數(shu)次(ci)以(yi)期(qi)得(de)到(dao)確(que)定(ding)。
2. 改變電壓法
將電源電壓急速下降至一定限度(轉速無較大變化)時,如果電磁噪聲是電機噪聲的主要部分,則會隨電壓變化很大,而其他噪聲基本不變。
3. 電流測試法
若定子繞組不對稱或內部斷相、匝間短路,則三相電流不平衡;若轉子斷籠或繞線式電機轉子三相不對稱,則定子電流有波動,以此來鑒別出電磁噪聲。
4. 拖動法
用低噪聲電動機拖動被試電機旋轉,提起及放下碳刷數次,可鑒別出碳刷噪聲的影響。
5. 拆卸部件法
對於空氣動力噪聲具有穩定的特征,可以通過取下風扇(小型電動機)或外鼓風機(大、中型電動機)前後噪聲變化的情況來鑒別。另外,更換不同外徑和型式的風扇,在不同轉速下區分噪聲的差別,也可鑒別出風扇噪聲。
噪聲控製方案
1. 合理設計電機的結構
(1)正確選用風扇材質和結構:單向旋轉的高速電動機,可采用流線型後傾式離心式風扇,對離心式風扇,帶倒向環的比不帶倒向環的噪聲低;此外,盆式風扇比大刀式風扇噪聲低;鋁質風扇比尼龍風扇噪聲低。
(2)改進風路:加大風扇外緣與風扇罩或端麵內腔間隙,取消風道中的障礙,使風流方向平滑,可改善噪聲。
(3)定子繞組采用合理的短距。
(4)異步電動機轉子采用相對傾斜的雙斜槽結構以減少軸向力;直流電動機采用不均勻氣隙。交流電動機采用磁性槽楔,不但可以減少諧波損失提高效率,還可以減少由諧波磁場引起的電磁噪聲。
(5)使用中的電機產生“掃膛”shi,keshidangzengdaqixiyijianshaoqixicimi。dangdianjigonglvyouyuliangshi,kejiangzhuanziyuanzhouchequyibufen,yizengdaqixi,xiaochugaocixieboyinqidezaosheng,danzaijianxiaodetongshi,zengdalekongzaidianliu,bingshigonglvyinshuyousuojiangdi。
(6)適當控製軸承滾動麵的波紋、凹坑、粗糙度及徑向間隙。
(7)提高換向器表麵加工精度和光潔度以減少電刷噪聲。
(8)增加機座剛度及平衡度,必要時可用水平儀做一下地基的水平;目測一下電動機安裝角度與拖動的機械是否合適。

2. 確保裝配工藝精良
(1)選用高質量的軸承。軸承與轉軸或軸承與軸承座之間的配合應適當,並控製好軸承熱套時的溫度及時間。
(2)轉(zhuan)子(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)不(bu)好(hao)是(shi)產(chan)生(sheng)機(ji)械(xie)噪(zao)聲(sheng)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin),所(suo)以(yi)要(yao)提(ti)高(gao)轉(zhuan)子(zi)的(de)動(dong)平(ping)衡(heng)檢(jian)驗(yan)精(jing)度(du),盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)偏(pian)心(xin)的(de)影(ying)響(xiang),保(bao)證(zheng)電(dian)動(dong)機(ji)安(an)裝(zhuang)時(shi)聯(lian)軸(zhou)器(qi)的(de)同(tong)心(xin)度(du)。
(3)軸承潤滑脂選用合適型號且無雜質。軸承內腔所塗的潤滑脂量應為軸承室內部空間的1/3—2/3為宜。
(4)不bu同tong種zhong類lei的de軸zhou承cheng需xu按an其qi安an裝zhuang工gong藝yi的de要yao求qiu安an裝zhuang軸zhou承cheng裝zhuang配pei原yuan則ze上shang不bu允yun許xu采cai用yong銅tong棒bang擊ji打da的de方fang法fa,否fou則ze會hui由you於yu軸zhou承cheng內nei圈quan受shou力li不bu均jun損sun傷shang軸zhou承cheng。采cai用yong熱re套tao方fang法fa裝zhuang配pei軸zhou承cheng時shi,事shi先xian要yao仔zai細xi檢jian查zha軸zhou承cheng與yu軸zhou頸jing的de配pei合he尺chi寸cun,因yin為wei熱re套tao與yu冷leng套tao不bu同tong,熱re套tao時shi套tao入ru軸zhou承cheng的de過guo程cheng中zhong,不bu易yi發fa覺jiao軸zhou頸jing與yu軸zhou承cheng的de配pei合he公gong差cha和he過guo盈ying程cheng度du是shi否fou適shi宜yi。軸zhou承cheng熱re套tao後hou不bu應ying移yi動dong電dian機ji或huo裝zhuang配pei其qi他ta附fu件jian以yi防fang止zhi軸zhou承cheng移yi位wei。
其他減噪方式
(1)容量超過10MW,轉速超過1000r/min的大容量高速電動機,采用剛性的隔離罩(內表麵粘貼吸音材料)將電機罩起來,是最有效的減噪辦法。
(2)在產生氣流噪聲最強的部分加裝有對氣流的阻力小,不影響電機散熱和裝卸方便的消聲器。
(3)搬運中避免機座遭受機械撞擊。
(4)電dian動dong機ji是shi從cong電dian源yuan吸xi收shou電dian能neng,轉zhuan換huan成cheng機ji械xie能neng再zai從cong軸zhou上shang輸shu出chu,所suo以yi電dian網wang中zhong采cai取qu動dong態tai無wu功gong補bu償chang和he濾lv波bo裝zhuang置zhi,使shi電dian源yuan中zhong的de諧xie波bo分fen量liang符fu合he規gui範fan要yao求qiu,提ti高gao供gong電dian質zhi量liang,保bao證zheng電dian壓ya、頻率合格,三相電壓平衡,以控製電機噪聲。
(5)電動機運行時軸承蓋不應打開;保持電動機的清潔;定期更換潤滑脂;經常清潔換向器表麵以保持其良好的潤滑接觸。
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