三相異步電動機的噪聲分析

惠儉新

(中達電機股份有限公司，江蘇無錫214145)

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三相異步電動機的噪聲分析

惠儉新

(中達電機股份有限公司，江蘇無錫214145)

三相異步電動機的噪聲產生的原因多種多樣，現從電磁噪聲、機械噪聲、通風噪聲三方面進行分析，對異步電動機噪聲控制提出了幾種行之有效的方法，并通過舉例，對所提方案進行了驗證。

電磁噪聲；機械噪聲；通風噪聲

0 引言

噪聲是衡量三相異步電動機性能的重要指標。噪聲的控制十分復雜，其產生往往伴隨振動而產生的，振動過大還會損壞其它設備，噪聲的大小反映了產品設計、制造工藝等多方面的情況。因此，設計人員要深入研究，及時解決噪聲。常見的噪聲主要分為：電磁噪聲、機械噪聲、通風噪聲。本文主要從以上三種噪聲進行論述。

1 電磁噪聲

電磁噪聲是電機氣隙中磁場相互作用產生隨時間和空間變化的徑向力，使定子鐵心和機座隨時間周期性變形，即定子發生振動而使周圍空氣脈動引起的氣載噪聲。降低三相異步電動機電磁噪聲的有效方法如下。

1.1 選擇合適的槽配合

當槽配合符合下列任一條件時，定、轉子齒諧波磁場將引起電機振動和噪聲。

式中，Z1—定子槽數；Z2—轉子槽數。

一般采用少槽-近槽配合(即轉子槽數少于且接近于定子槽數)，雜散損耗較小，但產生低次數力波的可能性較大，所以電磁噪聲較高。采用遠槽配合(定轉子槽數相差較多)或多槽配合(轉子槽數多于定子槽數)，雜散損耗較大，而電磁噪聲可能較低。槽配合對電動機噪聲級的影響可參考表1。

1.2 轉子進行斜槽處理

轉子斜槽可使徑向力波沿電機長度方向的軸線發生位移，使得沿軸向平均徑向力降低，從而降低電機的振動和噪聲。對于100kW以下的籠型異步電動機，斜槽是降低噪聲的有效措施。設直槽轉子為L1時，斜槽轉子為L2時，則由于斜槽轉子使該噪聲級的降低可按下式估算

式中，bsk—沿轉子外圓扭斜弧長；t2—轉子齒距；u—轉子繞組諧波系數；Z2—轉子槽數。

轉子斜槽獲得的降低電磁噪聲的效果很明顯。斜槽對電動機噪聲級的影響可參考表1。

表1 斜槽對電動機噪聲級的影響 dB(A)

極數為6極Z219212326323344Z1=36bsk=0717865746167bsk=tz1636462625957Z1=18bsk=0747273bsk=tz1636566極數為4極Z211141517192022232526Z1=24bsk=0697161806869748073bsk=tz1575559606460606057Z1=18bsk=062575970795762626361bsk=0.75tz147424846434947454544Z1=12bsk=053647558597275bsk=0.5tz149545954464954

1.3 采用短距繞組來削弱諧波電勢

選擇適當的線圈節距，使某一諧波的短距系數等于或接近于零，則可達到削弱諧波的目的。為消除v次諧波，線圈的節距y1為

(1)

式中，τ—極距。

1.4 適當增大電機的氣隙

定轉子間氣隙長度δ增大，氣隙磁導降低，故可降低氣隙諧波磁場。當氣隙長度由δ1改變為δ2時，相應的電磁聲級變化近似為

L1-L2=40lg(δ2/δ1)4

(2)

式中，L1、L2—電動機電磁噪聲；δ1、δ2—電動機氣隙長度。

但因為氣隙增大后，會使電機功率因數降低而使諧波磁動勢增大，使諧波磁場也增大，所以實際的電磁噪聲級變化小于按式(2)的計算值。

1.5 采用定子繞組并聯路數

如果磁路的分布對稱性好，則電磁噪聲一定較低，采用并聯路數2p(極數)；或如果a<2p，在串聯每路繞組時應采用隔極連接。若采用均壓線則效果更好。表2可看出并聯路數多的降噪效果。

表2 4極電機在采用2路、4路接法的噪聲降低值

2 機械噪聲

產生機械噪聲的主要原因為：(1)轉子機械不平衡產生的噪聲；(2)軸承噪聲；(3)零部件加工不同心及裝配質量不好導致的噪聲。解決措施：由于轉子機械不平衡產生的噪聲，主要解決轉子的動或靜平衡及偏心問題就基本能消除由此產生的噪聲；而零部件加工不同心及裝配質量不好產生的噪聲，在保證加工及裝配工藝的情況下也基本能把噪聲壓抑在萌芽狀態。本文重點研究軸承噪聲的解決措施。

滾動軸承在轉動時，滾動元件相對內、外軸承圈和保持架有相對運動，就是這些相對運動的元件間發生不規則撞擊，從而發出噪聲，而降低噪聲的辦法：(1)從軸承選擇來講，一般滾子軸承比球軸承有較高的噪聲。軸承隨著內徑增大，振動和噪聲也會相應增大。試驗表明，直徑每增大5mm，振動噪聲約增加1～2dB(A)。另外，球或滾珠直徑越大，振動和噪聲也越大，軸承內徑相同的300系列和200系列軸承，在其它條件相同的情況下，200系列軸承的振動噪聲要低3～5 dB(A)，在實際三相異步電動機設計中，低壓大功率2P及高壓2P電機絕大多數用200系列軸承也是基于降低振動和噪聲這個重要目的(當然還有極限轉速等其它考慮因素)。(2)保證軸承游隙的適中。徑向和軸向游隙過大，會引起轉軸較大的徑向跳動和軸向竄動，使軸承產生較大的振動和噪聲。而徑向和軸向游隙過小，則會使滾動體與內外套圈之間有摩擦，導致發熱及噪聲，因此正確選擇滾動軸承的游隙，是保證軸承良好工作的重要因素。(3)潤滑脂要多少稠稀適中，過多過稠的潤滑脂對滾動體振動的阻尼作用差，過少過稀的潤滑脂容易引起干摩擦而產生噪聲。在噪聲要求非常嚴格的場所中還可以考慮選用滑動軸承。

3 通風噪聲

如今在電磁性能方面的不斷優化和對機械結構的持續改進，使電機的通風噪聲相對于電磁噪聲和機械噪聲所占的比例成顯著增長的趨勢。前蘇聯統計的三種噪聲的比例變化見表3。

表3 三種噪聲比例變化

通風噪聲產生的原因分為三大類。

(1)風扇高速旋轉時，空氣質點受到風葉周期性力的作用，產生壓力脈動而引發旋轉噪聲。

(2)空氣渦流產生的噪聲。它是由于風扇或轉子上旋轉的零部件在旋轉時產生的氣流遇到障礙物，使風路截面劇變或氣流方向突變而引發的渦流所產生的噪聲。

(3)笛聲是氣流遇到尖角或筋狀物時發出的尖嘯聲。如在高壓三相異步電動機中，定、轉子徑向通風道是對齊的，則由轉子徑向風道中的轉子導條或通風槽管(相當于葉片數等于轉子槽數Z2的離心式風扇)排出的氣流吹到定子徑向通風道，與其通風槽片相遇時就要發出笛聲。所以最好將定、轉子徑向通風道的位置相互錯開。但在氣隙小于1mm時，這會顯著影響風量。

3.2 通風噪聲的抑制方法

(1)當已知一臺電機的噪聲L1，風扇外徑D1，風扇葉片寬度b1、電機轉速為n1及風扇的氣流效率η1估算另一臺電機的噪聲(相應代號的下標為“2”)時可參考下式(兩臺電機的結構相似)

由上式可得到以下結論：風扇外徑減小10%，噪聲降低3dB(A)；轉速降低10%，噪聲降低2dB(A)；風葉寬減小10%，噪聲降低0.4dB(A)；風扇的氣流效率由0.3提高到0.4,噪聲可降低1.9 dB(A)。

表4 在BJO2封閉式75kW、2極(中心高280mm) 電機上試驗的兩種風扇效果

(3)合理設計風路：風扇外圈與風罩間(或擋風圈間)間隙要適中，離心式風扇間隙過小會產生“哨聲”，過大又會使回風的渦流聲增大。而軸流式風扇間隙如果小，則風壓高，但噪聲相對來講要大一些，一般在實際設計中，此間隙在5～10mm之間為妥。

(4)采用水冷卻系統或他冷冷卻系統。

(5)采用消聲器。

4 結語

噪聲是評定三相異步電動機的重要性能指標，而對噪聲的控制也較為復雜。只有在生產實踐中不斷的總結推敲和分析研究，才能為噪聲得到有效的控制而積累經驗。

[1] 楊萬清.防爆防腐電機檢修技術問答.北京:化學工業出版社,2008.4.

[2] 黃國治，傅豐禮.Y2系列三相異步電動機技術手冊.北京:機械工業出版社,2004.1.

[3] 陳世坤.電機設計.北京:機械工業出版社,2000.

Noise Analyses on Three-Phase Induction Motor

HuiJianxin

(Zhongda Electric Motors Co., Ltd., Wuxi 214145, China)

Causes of producing noise of three-phase induction motor are in varied forms, and effective methods to control noise of induction motor are proposed by analyzing from aspects of electromagnetic noise, mechanical noise and ventilation noise. The proposed plan has been verified by illustrating.

Electromagnetic noise；mechanical noise；ventilation noise

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.15

TM301.4+3

B

1008-7281(2016)05-0051-004

惠儉新 男 1978年生；畢業于江南大學，現主要從事高低壓防爆三相異步電機的設計工作.

2016-05-26