異步電動機中高次諧波與電磁振動和噪聲的關系

摘 要：隨著國家經濟的不斷發展，能源與工業對電機的需求量也越來越大，如何提高電機質量、更好的滿足用戶需求，在競爭激烈的電機產銷市場中站穩腳跟，就成為了電機生產廠家面對的重大課題。其中合理控制異步電動機的振動和噪音就是關鍵技術之一。異步電動機振動和噪音主要根源有電磁振動噪聲、機械振動噪聲、空氣動力噪聲等。而高次諧波產生的電磁噪聲是當前異步電動機主要存在的問題之一，針對諧波產生的途徑可以采取相應的措施。

關鍵詞：異步電動機;高次諧波;電磁振動

異步電動機在運轉的時候，氣隙中存在一系列的諧波，異步電動機中產生電磁噪聲的主要原因就是因為氣隙中磁場諧波的存在，磁場諧波和基波互相作用產生切向力和旋轉徑向電磁波力，這些徑向波力作用在定轉子上從而引發基座的振動，是基座周圍的空氣脈動引發電磁噪聲，當基座的中東頻率與電機本身的振動頻率相同的時候，就會產生共振從而引發更大的電磁噪音，所以異步電動機在制造的時候如果設計不當，電磁噪音會十分的明顯。

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機在運轉的時候，氣隙中的諧波磁場和基波因為相互作用產生切向力和頻率不同的旋轉徑向電磁力波，作用在定轉子上使定轉子發生隨時間上和空間上變化的周期性變形，產生高倍數電源頻率振動，從而與基座和電動機本身中衛的空氣脈沖產生共振，產生電磁噪音。

（二）高次諧波的概念

高次諧波是指電動機因為結構問題是氣隙中的磁通分布不規則的正弦波形，可以根據傅立葉級數數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的奇倍數的諧波，統稱為高次諧波。基波振動頻率比較低，產生的電磁噪聲也不明顯，而五倍諧波和七倍諧波因為引起的振動頻率和幅度比較高，使定、轉子產生十倍或者十四倍的電源頻率的振動和噪聲。

（三）諧波引發電磁噪音的危害

異步發動機因為高頻諧波而產生的電磁噪聲，不僅對周圍環境造成影響，而且還會對異步電動機的運行帶來很大的影響，同時在電動機運行的過程中，由于在氣隙中伴隨著基波磁場而產生諧波磁場，在磁場的干擾下就會導致異步電動機附加轉矩、雜散損耗以及電磁噪聲的產生，從而影響電動機的啟動性能。而且因為諧波磁場在氣隙中旋轉的時候，會使定轉子產生變形，處于交變磁場中，鐵心產生額外損耗，或者因為轉子導條感應諧波電流，產生附加的銅消耗。導致電動機發熱增加，效率下降。而且諧波產生的高倍電源頻率振動會增大電動機的振動和噪聲，造成噪音污染，影響電動機的運行和啟動，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成定轉子諧波磁場相互作用的條件，使它不能產生定向波力和旋轉徑向電磁力波。降低和改善電磁振動的方法主要有以下幾個

（一）加大氣隙

徑向波力由兩個任意磁通密度波相互作用而產生，振動幅度與徑向力成正比，而生功率與振動幅值的平方近似成正比，所以氣隙增大生功率就會降低，因此增大氣隙可以降低異步電動機的電磁噪音。但是也要考慮增大氣隙對電動機帶來的問題，增大氣隙會導致空載電流過大，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過一個角度，不管是定子斜槽還是轉子斜槽在理論上都是一樣的，但考慮到斜槽后的下線難度，一般是轉子斜槽。轉子斜槽后可以將異步電動機中的最主要的磁場諧波所產生的軸向零階徑向力波削弱到十分低的程度，所以異步電動機使用鐵心斜槽的辦法對降低異步電動機的電磁噪音來說十分有效。其中轉子斜一個定子槽距技能有效降低電磁噪音，對異步電動機的影響也能降到最低。總體來說鐵心斜槽對降低異步電動機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機電磁噪音的另一種方法，定子正弦繞組是指該繞組的各個定子鐵心槽中的導體數是按正弦規律分布的，而不是均勻分布，導體數是按正弦規律分布可是是電動機空氣隙磁通的分布規律接近正弦波形，這個方法可以有效的削弱諧波，對改善異步電動機的電磁噪聲有一定的作用。一般的異步電動機中都會采用轉子斜槽，定子正弦繞組的方法，可以有效的降低電磁噪聲。

（四）槽配合

因為異步電動機的電磁噪聲主要是由于徑向力波作用在定轉子上，使定轉子周期性變形，導致電磁噪聲產生和增大，所以選擇合適定轉子的槽配合是降低電磁噪聲的最有效，也是最經濟的辦法。在選擇槽配合的時候要避免出現幅值大，次數低的力波。在選擇定轉子槽數是應采用遠槽和多槽配合，但槽配合也要慎重考慮， 因為槽配合會影響到異步電動機的起步和附加損耗。

還有其他的降低電動機電磁噪聲的措施，但因為各有缺陷，性價比不高，如：改變機型，減小基座的徑向振動，采用轉子閉口槽等辦法，可以適當考慮選擇。，但每一種都要考慮針對性，因為每一種方法都會帶來負面效果，盡量選擇其中性價比比較高的方法。

三、結束語

異步電動機如果設計或制造不當，產生較強的振動和噪聲會給用戶帶來很大的困擾，所以設計制造電動機時要充分了解產生電磁振動和噪聲的因素，采取相關措施削弱高次諧波，減小振動程度，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，我們仍可以通過采用多種措施相結合的辦法，將異步電動機的振動和噪聲控制在合理范圍內。

參考文獻：

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