感應電動機產生電磁噪聲的影響因素

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

電機是一種噪聲源，電機的噪聲水平已被列為考核電機質量的重要指標。如何降低電機噪聲，是電機設計中的重要課題。感應電動機產生電磁噪聲的原因主要包括定轉子槽配合、轉子斜槽、氣隙大小及磁性槽楔、定子繞組接法、生產制造質量等。本文以一臺的Y 630-8 900kW異步電動機為例，闡述了為了降低電磁噪聲在電機設計中所采取的一些相應措施。

1 槽配合對電磁噪聲的影響

合理的定轉子槽數-槽配合可以有效地避免和削弱產生低階力波、尤其是二階力波的齒諧波磁場，從而降低由諧波磁場引起的電磁噪聲。本文所選異步電動機Y 630-8 900kW槽配合為72/58，查詢相關手冊，針對8P電機72/56同樣為推薦槽配合。為此分別研究槽配合72/58及72/56時該電機的諧波聲強級大小，采用磁勢-磁導解析法(具體計算方法可參考文獻[6]，此處不贅述)。計算結果對比見表1。

表1 不同槽配合聲強級對比

從表中計算結果可知，72/56槽配合優于72/58槽配合。

在電機設計里為了減少諧波磁場在鐵心中的損耗，一般槽配合選擇近槽配合，這與降低噪聲是矛盾的。因此在電機的設計過程中需要綜合考慮各因素。

2 轉子斜槽對電磁噪聲的影響

轉子斜槽已經是廣泛用來削弱齒諧波磁場 影響的一種有效方法，齒諧波的削弱必然會削弱電磁噪聲的大小。工程上采取的措施一般是轉子斜一個定子槽距。轉子最佳斜槽距離為計算方法如下。

(1)

(2)

式中，D2—轉子外徑；Z1、Z2—分別是定、轉子槽數；p—極對數。

按式(1)、式(2)計算結果確定電機轉子最佳斜槽距離為39mm。

3 氣隙大小及磁性槽楔對電磁噪聲的影響

通過查閱電磁噪聲相關文獻得知，適當增大電機氣隙或采用磁性槽楔可以降低電動機的電磁噪聲。籠形轉子三相異步電動機電磁噪聲主要是由定、轉子諧波磁場相互作用而產生一系列徑向電磁力波, 由定、轉子鐵心振動而引起的。降低電動機的電磁噪聲歸根結底就是降低電機氣隙磁場的諧波含量。現分別研究以上兩種方法對電機氣隙磁場的影響。

同樣以Y 630-8 900kW為研究對象，在保證電機功率因數合格的情況下適當增加氣隙長度，原電機氣隙2.3，現增加至3.0。分別建立增加氣隙的和采用磁性槽楔的電動機有限元模型(見圖1)，計算氣隙諧波分量，并與原電機(72/56槽配合)對比分析這兩種結構對氣隙磁場諧波的影響。氣隙磁密諧波幅值計算結果見如表2。

圖1 電機有限元仿真模型

表2 氣隙磁密諧波幅值(T)

從表2中可以看出，增加電機氣隙和采用磁性槽楔這兩種方案均在一定程度上降低了氣隙磁場的諧波含量。根據該電機槽配合，17次和19次齒諧波產生的電磁力波階次較大，產生的電磁振動非常小。而產生電磁振動的主要諧波為13次諧波，這兩種方案的13次諧波均有所降低，但從效果及經濟適用性上來看，增加氣隙這種方案對于降低電磁噪聲來說效果要優于采用磁性槽楔。

4 定子繞組接法對電磁噪聲的影響

轉子偏心會引起一系列低次數徑向力波，并使噪聲輻射增加，因而嚴格控制制造和裝配質量來保證轉子偏心最小是關鍵性的。但實際上轉子偏心一般是不可能完全消除的，通過查詢相關文獻發現采用合適的定子繞組并聯支路，可降低因偏心引起的電磁噪聲。

三相 4 極定子繞組不同并聯支路時的連接如圖2所示。假定轉子軸向下偏，若極相組線圈流過一定電流，則由極向組A1產生的每極磁通將小于由A3產生的磁通，這是因為A1的磁通必須通過較大的氣隙。換句話說，A1的電感小于A3。如果每相繞組串聯，例如A1、A2、A3和A4串聯并流過相同電流，則A1產生的磁通必小于A3產生的磁通，磁通不平衡引起不平衡磁拉力和低次數的力波，從而產生噪聲和振動。然而，如果繞組A1、A2、A3和A4并聯，如圖2(e)所示，因A1中單位電流的電抗壓降小于A3，故A1流過的電流必大于A3，A1中流過較大的電流可在一定程度上抵償磁通分布的不平衡，因而可降低不平衡磁拉力和低頻電磁噪聲。

圖2 三相4極電機定子繞組不同并聯支路連接

圖3 Y 630-8 900kW接線圖

針對Y 630-8 900kW電機電磁噪聲過大問題，我們利用改變定子繞組接法的方式進行處理，繞組接線圖見圖3。采用了圖1(c)的接法，兩路并聯，徑向相對兩極相組并聯，有均壓線。

5 產品質量對電磁噪聲的影響

通過對電磁噪聲大的產品進行跟蹤，發現往往都是定、轉子偏心引起的電磁噪聲過大。

以下是導致該問題的主要原因

(1)定子鐵心內徑圓度超差；

(2)定子鐵心內、外徑同軸度超差；

(3)機座形位公差超差；

(4)定子鐵心的內徑與機座兩端止口同軸度超差。

(5)銅條轉子外徑超差問題。

通過大量產品跟蹤、反復試驗，總結出上述問題的解決措施見表3所示。

表3 定、轉子跳動超差問題及相關解決措施

通過采用上述方法后，電機電磁噪聲整體改善，噪聲減低了7dB，達到噪聲標準的要求。

6 結語

經研究表明，選擇合理的槽配合、轉子斜槽、合理的增大氣隙、采用磁性槽楔以及增加定子繞組均壓線等方法均可降低高壓方箱異步電動機的電磁噪聲；嚴格控制產品質量也可降低電機電磁噪聲，并提出了相關產品問題的解決措施。此次電機嘗試采用的一些降低電磁噪聲的措施，已取得了較好效果。要摸索一套降低電磁噪聲的經驗還有待今后進一步實踐。