電動機噪聲及其控制

摘 要： 本文敘述了噪聲的基本概念和電動機噪聲對人體健康的危害。根據聲學原理，著重分析了電動機的噪聲來源及降噪方法。以噪聲源控制、傳播途徑控制和保護接收者為途徑，介紹了降低電動機噪聲級的輔助措施。

關鍵詞： 電動機噪聲 主要降噪措施 輔助措施

1.噪聲是危害人類健康的殺手之一

凡是使人煩惱的、破壞安靜的，影響人們正常生活、工作、學習的聲音，不管是樂音還是其他聲音，都稱之為噪聲。科學研究表明，讓一個健康的人在大于90分貝的環境中工作超過2小時，耳朵會嗡嗡作響，聽覺靈敏度下降；有的還會產生眼脹、眼痛、流淚、光適應度降低等視力不清癥狀。受高強度噪聲長期刺激，可引發各種疾病：中樞神經發生紊亂，致使大腦皮層興奮或抑制失調，表現出非常煩躁不安、頭暈、頭疼、耳鳴、心慌等癥狀；能使人植物神經功能發生紊亂，導致血壓升高或降低、心電圖發生改變、胃腸道功能障礙、抵抗力減弱等癥狀；還會影響胎兒發育和兒童智力；妨礙通訊，干擾控制信號的接收，進而會誘發各類次生工業事故。因此噪聲是危害人類健康的殺手之一。

2.電動機噪聲來源

電機的使用非常廣泛。據調查，目前國產的中小型電機噪聲多在90—100dB之間，大型電機噪聲均高達100dB以上。噪聲分為機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁噪聲三大類。根據發聲機理，主要為振動噪聲。由機械振動產生的噪聲稱為機械噪聲，由空氣振動產生的噪聲稱為空氣動力性噪聲，由電磁振蕩產生的噪聲稱之為電磁噪聲。主要來源有以下幾種。

2.1結構噪聲源。

電動機主要由定子繞組和轉子繞組構成的，所有電機的轉子相對于轉軸不可能做到完全對稱（包括質量分布和力矩平衡），這就勢必會導致電機在做功時因偏心轉動而使轉子與軸承間產生偏心振動，通過連接部件傳到機體，使底座和基礎間發生松動碰撞，進行放大，放大的結果類似于偏心打夯機。一個轉動的電動機，機械噪聲是最明顯的。轉子不平衡是主要激振力，安裝松動是助長放大的“溫床”。

2.2風扇噪聲源。

電動機安裝風扇是為了滿足散熱的要求，但高速旋轉的風扇，由于空氣與風扇葉片之間的相對速度很大，葉片周期性打擊空氣，引起空氣的壓力脈動，在葉片附近必然會出現大量渦流，從而形成強烈、寬頻帶的空氣動力性噪聲，同時，激勵葉片振動而發出振動噪聲。

2.3進氣、排氣噪聲源。

風扇轉動時，氣流通過進口、出口（風罩）處發生氣流擾動，會出現渦流、層流及噴流等現象，形成通氣噪聲，屬低頻空氣動力性噪聲。嚴重時會產生強烈而尖厲的口哨噪聲。

2.4換氣噪聲源。

風扇進行冷卻時，不斷抽換轉子和定子空隙之間的熱氣體，形成高速熱氣流，特別當空隙存在間斷性和不均勻性時，氣流受阻引起非常強烈的笛鳴噪聲和渦流噪聲。

2.5電磁噪聲源。

電動機產生電磁噪聲的因素十分復雜，根據電機設計理論，電機的電磁噪聲主要源于磁通穿過定子繞組與轉子鐵心間氣隙時所產生的徑向電磁力波，包括基波B1sinωt，由定子繞組磁勢所造成的各種諧波磁通∑Bnsinnωt，由轉子繞組磁勢所造成的各種諧波磁通∑Bksikωt，等等，相互作用產生徑向力波形成電磁噪聲。其強度與磁通大小、電機結構、振動特性、定子聲輻射的性質等有關。

3.電動機噪聲的主要降噪措施

3.1機械噪聲源的降噪。

改善轉子平衡的程度是降低機械噪聲的關鍵措施之一，這很大程度上取決于電機結構的設計和完善，制造、安裝水平的提高。①選擇適當的電動機材料，提高加工精度，使轉子的質量分布和力矩相對于轉軸盡可能接近完全對稱，并保持不變形。②選擇更高精度的軸承。③保證軸承和軸承座端蓋之間的配合良好，如用焊接代替鉚接。④提高裝配技術，校準中心，維持好動態平衡，注意維護保養。⑤底座和基礎之間采取阻尼減振措施，如橡膠、彈簧等，或安裝減振器，加大機座的阻尼（如襯墊阻尼材料：J70-1防振隔熱阻尼漿、瀝青石棉絨阻尼漿、軟木防熱隔振阻尼漿等）。這些都是降低機械噪聲的方法。

3.2空氣動力性噪聲源的降噪。

空氣動力性噪聲直接與氣流的線速度和氣壓差有關，因此，使風路平滑，氣流順暢，減少突變，降低氣壓差和氣流速度，是降低空氣動力性噪聲的關鍵。具體措施如下。

3.2.1電動機主體結構系統的降噪。在額定轉速和不影響電機做功要求的前提下，合理設計電機結構，適當增加定子與轉子的間隙，盡可能減小轉子的表面積，以最小限度的風速、風量滿足電機的散熱要求，這樣產生的空氣動力性噪聲降低就弱。提高制造工藝水平，使表面越光滑，不存在間斷性和不均勻性，對于降低電機產生的笛鳴噪聲，可以達到很好的效果。

3.2.2冷卻系統的降噪。風扇噪聲是由旋轉的葉片周期性打擊空氣而形成的渦流噪聲，所夾雜的基波和高次諧波與風扇的葉片數、直徑、轉速有關，葉片數越多、直徑越大、轉速越高，產生的噪聲越強。因此，在滿足電機的散熱要求的前提下，改進冷卻風扇的結構形狀，葉片數量由多變少，縮小風扇的外徑，是降低風扇噪聲最有效的措施。要考慮設計合理的通風途徑，即風葉和風罩間的風道與風口罩，改進排氣口（風罩）和進氣口形式，使風路平滑，減少突變，氣流順暢，以有效減少渦流、層流噪聲。

3.3電磁噪聲源的降噪。

電磁噪聲是由電機定子、轉子間的氣隙磁場中各次諧波磁場相互作用所產生的徑向力波形成的。其強度決定于定子槽數、轉子槽數、極對數的配合數值。使轉子槽數減少且接近于定子槽數，并將轉子直槽改為斜槽，可增加漏抗，使各次諧波磁場在定子繞組和轉子繞組中互相感應的電流有不同程度的減小。這樣可有效控制和降低電動機的電磁噪聲。

4.降低電機噪聲的輔助措施

前面介紹的都是對電機本身的噪聲源采取降低噪聲的措施。當電機噪聲源的噪聲降低到一定程度后，要繼續降低到環境噪聲控制的要求，有時要花費很多生產制造上的費用，這就要分析和權衡，可考慮采取輔助措施降低電機噪聲。所謂輔助措施是指在聲源以外配裝輔助設備的降噪控制措施，通過在聲源處控制、在傳播途徑上控制和保護接收者，最大限度地減小噪聲對人類健康危害。

4.1噪聲源處控制。

4.1.1消聲。用消聲器來降低噪聲。消聲器是一種既允許氣流順利通過，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置，可降低電機冷卻系統產生的空氣動力性噪聲。目前應用廣泛的是微穿孔板消聲器，其吸聲系數高，吸收頻帶寬，壓力損失很小，氣流再生噪聲低，且易于控制。

4.1.2隔聲。把聲源封閉在有限的空間內，使聲源與周圍環境隔絕，隔斷輻射，如配裝局部隔聲罩、箱式隔聲罩、組裝式隔聲罩等。甚至建造具有足夠隔聲量的墻體，以及有一定隔聲性能的門、窗組成的隔聲間，將噪聲源封閉。

4.2.3隔振與阻尼。為了防止電機通過剛性基礎將振動放大或傳給工作臺，在電機和基礎之間安裝減振器；在電機和其他結構間鋪設具有一定彈性的襯里材料，如橡膠板、軟木、毛氈、石棉板等；在電機周圍挖一條深溝，內填鋸末、膨脹珍珠巖等。

4.2噪聲傳播途徑的控制。

噪聲是通過空氣媒質傳播的，根據聲學基本原理，接受點離聲源的距離每增加一倍，聲強就會降低6分貝。因此，可在聲源與受影響者之間修建隔聲屏障，修建表面涂有吸聲材料的吸聲墻等，從噪聲的傳播途徑加以控制。若條件允許，可使電機和作業場所遠離居民區，并在傳播路徑上種植有一定密度和寬度的樹叢和草坪，設立專門的綠化隔聲帶，或利用地形（如山崗、土坡等）阻斷、屏蔽噪聲的傳播。

4.3保護接收者。

噪聲控制的最后一關就是保護接收者。首先，車間在結構設計上要具有吸聲效果，建材采用多孔性吸聲材料，以降低反射噪聲；直達噪聲仍超標時，對車間操作人員要進行直接保護，佩帶防護耳塞或防聲頭盔；對于強電磁噪聲環境下的工作人員，要進行屏蔽保護。考慮到工業噪聲對居民的影響，居民室內可裝飾吸聲材料，安裝隔聲門窗，等等。

5.結語

電動機作為動力設備之所以在工農業生產中用量最大而且最為廣泛，是因為電動機很容易將電能轉變為機械能，但同時不可避免地產生副作用——噪聲，電動機的噪聲對人類健康造成了一定的危害，因此，對電動機進行噪聲分析及控制的研究具有理論和實踐的重要意義。綜上所述，要降低電機噪聲，重在改善電機的設計和結構。電機制造廠不斷追求提高單位功率有效材料的利用率，而用戶追求效益，且民眾對噪聲問題的要求日益增高，為解決這一矛盾，必須綜合平衡電氣性能和噪聲特性。

參考文獻：

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