在电机领域,皖南电机、安徽皖南电机等知名品牌的设计、制造与运行人员尤其需要深入了解电机噪声的相关知识。例如,他们需要探究电机噪声的生成机制和相关因素,力求在设计阶段就能预判电机运行时的噪声状况,并掌握有效的降噪方法。
电磁噪声,作为一种由电磁场交替变化引起的机械部件或空间容积振动产生的噪声,是电动机中常见的噪声类型。在电动机中,电源的不稳定性也可能激发定子振动,进而产生噪声。电磁噪声的特性与交变电磁场特性、被迫振动部件及空间大小形状等因素密切相关。高频电磁噪声也被称为电磁啸叫。
电磁噪声产生原因分析如下:
电机运行时,气隙中存在的基波磁场及一系列谐波磁场相互作用,产生切向力。这些力不仅会产生切向电磁转矩,还会产生随时间和空间变化的径向力。
通常情况下,电机气隙中存在多种次数、频率的旋转径向电磁力波。每个径向力波分别作用于定、转子铁心,使定子铁心和机座以及转子产生随时间周期性变化的径向变形,即振动。振动的频率即为力波作用的频率。由于转子铁心刚度较大,振动量较小,因此通常仅考虑定子铁心和机座的振动。电磁噪声主要是由于定子振动引起的周围空气脉动,从而产生的气载噪声。
径向力波的阶次数越低,铁心弯曲变形的相邻两支点间距离越远,铁心刚度相对较差,径向变形也越大。定子铁心变形量约与力波次数的四次方成反比,与力波幅值成正比,因此幅值较大的低次数径向力波是引起电磁噪声的主要根源。此外,铁心和机座都有一定的固有振动频率,当径向力波频率与该固有频率接近甚至相同时,会发生谐振,此时铁心振动及辐射噪声将大大增加。
由于基波磁场幅值较大,且若没有基波磁场,电机就不能工作,因此由其产生的倍频噪声是无法避免的。但由于其力波次数较高(除2极电机外),频率较低,噪声辐射效率较低,因此,除功率较大的2极电机外,倍频噪声一般都较小。
电机主要噪声源分析:
电机的主要噪声源包括电磁噪声、机械噪声和通风噪声。
1. 电磁噪声:电机气隙中磁场相互作用产生随时间和空间变化的径向力,使定子铁心和机座随时间周期性变形,即定子发生振动;电磁噪声主要是由于定子振动引起的周围空气脉动,从而产生的气载噪声。
2. 机械噪声:转子机械不平衡引起的离心力产生的机械振动和噪声、轴承振动噪声、电刷与集电环或换向器滑动接触噪声、受轴承振动激发的端盖轴向振动噪声等。
3. 通风噪声:风扇或其他通风元件以及转子旋转形成的空气涡流噪声,风扇旋转使冷却空气周期性脉动或气体撞击障碍物而产生的单频噪声,风路中薄壁零件谐振或风路设计不合理产生的“笛声”。
电动机电磁噪声鉴别:
电动机电磁噪声大小随磁场强弱、负载电流大小及转速高低而变化。利用这一特征,可以采取以下方法进行鉴别。
1. 突然断电法:由于机械惯性比电磁过渡过程慢得多,突然断电时,无电磁因素影响,此时电动机转速几乎不变。如果这时电动机噪声突然消失或显著降低,可以断定是电磁原因产生的噪声。
2. 改变电压法:由于异步电动机转速随电压变化不大,当改变电压时,机械噪声和通风噪声基本不变,但电磁噪声随电压变化很大。
3. 对拖法:用一台低噪声电动机拖动有噪声的被试电动机,此时如果噪声降低或消失,则说明被拖动的电动机噪声是电磁噪声。
电磁噪声计算:
电磁噪声是电机的主要噪声源之一。在多极数电机或通风噪声较低的电机中,电磁噪声显得尤为突出。一般情况下,它随电机功率增大而增加,且是负载时噪声增大的根源。该噪声与电机的电磁设计参数密切相关,如设计不当,电磁噪声将会十分明显,有可能成为超过其他噪声的*主要噪声源。因此,研究电机电磁噪声产生原因、电机设计参数与电磁噪声关系及电磁噪声计算方法,对于在设计阶段预计和控制电机噪声具有重要意义。