采用頻譜方法分析治理電機電磁噪聲

李小輝 王澤威 王曉輝

摘要：利用噪聲頻譜分析噪聲成分，并與電機振動頻譜和電機固頻頻譜相對照分析原因，又計算定子諧波頻率反向驗證分析結果。采取相應修理措施實踐驗證分析結果。

Abstract： The noise component is analyzed by noise spectrum， and the cause is analyzed in comparison with the vibration spectrum of the motor and the solid-frequency spectrum of the motor. The results of the verification of the stator harmonic frequency are verified. Appropriate repair measures are taken to verify the results of the analysis.

關鍵詞：電磁噪聲；頻譜

Key words： electromagnetic noise；spectrum

中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0151-03

噪聲是由物體的振動產生的，再通過空氣或其它彈性介質才能傳播到人的耳朵。它由很多雜亂無章的單調聲音混合而成。隨著社會的進步，人們對污染環境的噪聲提出了越來越高的要求與限制，由于工廠電機運轉時產生的噪聲是工廠現場的噪聲聲源之一，所以用戶對電機噪聲要求越來越高。每個電機廠會在電機裝配好后對電機做出廠試驗，只有出廠試驗合格后電機才能出廠。在出廠試驗中有許多項考核指標，在噪聲指標是個關鍵項，如果噪聲超標是不能出廠的。

根據電機噪聲產生的不同方式，大致可把其噪聲分為三大類：①電磁噪聲；②機械噪聲；③空氣動力噪聲。每一類噪聲的聲波來源自電機上不同部位振動。每一種噪聲源都有與之相對應的特定頻率，并且針對各種噪聲有各自不同的治理辦法。但是，實施盲目的修理只會勞而無功，延長電機修理時間耽誤交貨期，給公司造成損失。只有對電機噪聲進行頻譜分析，從電機雜亂的噪聲中尋找并判斷主要的噪聲來源，才能使電機噪聲治理有的放矢。所以，工廠電機噪聲超標時必須對噪聲作成分分析，找尋主噪聲來源，并針對相關頻率做出修理方案，為電機后續改進提供指導意見。

下面以我廠一臺噪聲超標的電機，采用頻譜分析方法對電機修理為實例進行說明。

最近廠里有一臺YB400-14 200kW 380V出廠試驗時電機噪聲超標，不合格不能出廠。由于過去同等型號和功率檔的電機以前也制造過，以前制造的電機噪聲并沒有超標，但是現在同型號的電機噪聲超標。首先，把以前制造的電機與當前制造的電機相對比分析，得出前后兩次電機的相互區別是：以前電機采用鑄鐵機座而這回電機采用鋼板機座。這種僅僅改變了電機機座的材料就造成電機噪聲超標的情況使設計人員一時感到無法處理，于是這個問題交由我們振動室治理。

我們初步分析，以前的電機和現在的電機中的風扇和風罩這些空氣動力學相關部件加工尺寸和安裝尺寸并沒有改變，所以現在電機與以前電機相比噪聲超標，不是風扇和端罩流體造成的空氣噪聲導致噪聲超標。第二步考慮是否是零部件剮蹭造成噪聲超標。于是，我們把電機各個零部件拆檢，發現各個零部件并沒有變形和刮蹭，軸承沒有異聲，這樣排除了電機噪聲超標是由于機械剮蹭造成的。那電機只剩下電磁噪聲這一個因素。

我們初步判斷和現場實驗人員的反饋，初步判斷電機噪聲超標是因為電機電磁造成的。電磁噪聲是因為電磁諧波振動產生的噪聲。電機的電磁諧波振動是電機轉子的氣隙磁場作用于電機鐵心產生的電磁力波所引發的。在感應電機中，電磁力波可沿鐵心的徑向、切向和軸向引起振動力波，其中徑向力波起主要作用。當徑向力波頻率與定子鐵心和機座的固有頻率接近或相同時，會發生共振，此時鐵心振動和輻射將大大增加，噪聲也增大。

具體來說電機電磁噪聲超標是源自定子鐵心共振還是機座共振。因為噪聲來源不同所采取的治理措施就不同，這就需要采集電機噪聲頻譜進行分析研究后作出判斷。

針對我廠來說，在沒有頻譜分析儀器以前，我廠處理電機電磁噪聲超標時，會把所有想到的治理措施都采取一番，但是這些治理措施基本上都是針對鐵芯共振的。電機治理后，有的電機有效但是也有的電機采取措施后并沒有效。技術人員也不能肯定：采取措施后電機噪聲還超標，這是由于這些治理措施實施的不到位還是振動源判斷錯，工作具有盲目性。

現在我司采購了B&K;的振動測試儀，設計人員可以利用先進儀器采集電機噪聲頻譜、電機振動頻譜和電機固有頻率頻譜，通過這三個頻譜相互對照分析找原因。

測試環境和測試要求：

①測試工具：B&K;振動測試儀和4個振動傳感器；

②測試環境待測電機周圍沒有其他電機運行造成噪聲干擾；

③在電機運行時，距離電機中心1米處測量電機噪聲頻譜；

④四個傳感器安置在電機上下水平、垂直四個位置，測量電機振動；

⑤敲擊電機機座獲得電機固有頻率譜。

電機運行半小時后，測量的噪聲頻譜如圖1。

從電機噪聲頻譜中看出，有高點的頻率很多，但是在這些高點頻率中，對噪聲起主要作用的頻率為：786Hz、 1.47kHz；通過分析這幾個頻率的來源去判斷電機噪聲的源頭。

隨后，把振動傳感器粘到機座表面，測量電機表面的振動。測試頻率如圖2。

從電機運行時振動頻譜（測點在機殼表面）可以看出：

從振動頻譜中看出：電機機座表面振動頻譜主要振動頻率是：786Hz、1.47kHz。

電磁方案定子槽數105轉子槽數96，通過利用電磁分析軟件計算：電機定子諧波頻率有：785Hz和1471Hz。

從噪聲頻譜和振動頻譜兩個頻譜分析：電機振動與電機噪聲頻譜中主要因素頻率相同，都是786Hz、1.47kHz和1.771Hz。由此就驗證了這臺電機的噪聲主要成分是電機振動產生的。再把電機定子諧波頻率上面兩個頻譜相對照，可以確定這個電機的噪聲超標是由于電磁噪聲造成。

確定電機噪聲超標是電磁噪聲的原因后，需要進一步分析，電機電磁噪聲是由定子諧波與機座共振還是與定子鐵芯共振產生，這就需要根據機座固頻與定子鐵芯固頻來判斷。由于，電機的機座在電機的最外面，電機的機座固頻與定子鐵芯固頻相比，機座的固頻是好測量的。所以先測量機座的固頻。

振動傳感器吸在機座上，用力錘敲擊機座得到機座的沖擊頻譜。

電機機座固頻譜如圖4。

分析：電機機座在頻率786Hz處有峰值，初步判斷頻率786Hz是電機的固頻。

電機轉子抽出，振動傳感器吸在定子鐵芯上，用力錘敲擊定子鐵芯得到定子鐵芯的沖擊頻譜。

從上面的定子鐵芯的沖擊頻譜看出：190Hz和270Hz處頻譜曲線有峰值，這兩個頻率可能是定子鐵芯的固有頻率；并且在785Hz附近頻譜曲線沒有峰值。

初步判斷電機噪聲超標的原因是：定子諧波與機座固頻接近，發生共振導致的。有了噪聲的主要來源，就有針對性的措施處理。

電機已經干好，改變地那幾定子諧波頻率很困難了，最好的辦法就是改變機座的固頻，這回采取的方法是加強機座剛度，提高機座的固頻。

針對這臺電機的機座提高剛度的辦法最直接就是增加支撐筋，電機剛度提高后測試機座的固頻，頻譜如圖6。

從頻譜上可以看出，隨著機座的剛度提高，機座的固有頻率升高。固頻由以前的786Hz上升到830Hz附近。電機機座加固后，機座固頻與電機定子諧波頻率786Hz錯開，電機振動減小，電磁噪聲減弱。

電機修理后重新進試驗站測空氣噪聲，噪聲減小達標后電機出廠。

這個電機修理的例子雖然簡單，但是能說明設計人員可以利用電機的噪聲頻譜、振動頻譜和電機的固有頻率，分析出電機噪聲超標的主要原因，有針對性的解決電機噪聲超標地問題。使設計人員由以前盲目治理電機噪聲變成有目的地治理電機噪聲，不僅僅縮短電機的修理時間，為以后的電機設計提供指導意見。

參考文獻：

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