總結電機噪聲產生的原因及減小噪音的設計流程

趙開明 張壽亮

摘要：隨著人們對精神生活的向往，噪音也是一種污染。針對在電機運行中影響電機性能的關鍵性因素———電機噪聲，文章對電磁噪聲和通風噪聲兩個最常見的噪聲類型進行深入分析，提出噪聲的產生原因，并結合以往相關經驗，進行減噪設計，如對電磁噪聲進行槽配合設計、采用轉子斜槽，對通風噪聲，保證風量設計、風扇選型和風路設計的合理性，以此為實際的電機設計提供參考借鑒，保證電機性能，減小或避免噪聲的產生。

關鍵詞：電機噪聲;電磁噪聲;噪聲產生原因;減噪設計

引言

電機噪聲的產生有單方面原因也有多方面原因。單方面原因則是由自身機械設備的日常工作運行時產生的;多方面原因則是由于人為操作、電機設備長時間工作運行出現故障、或者是內部元件產生問題造成元件摩擦而產生的噪聲。機械噪聲是電機運轉部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結構共振形成的噪聲。機械原因引起的噪聲種類很多，也很復雜。這些噪聲的直接來源都是電機設備，解決其最好的辦法還是要從自身去找原因，找到問題的所在并能夠提出有效的設計方法才能夠盡量減少或避免電機設備不正常噪音存在的可能性。

1、電機電磁噪聲產生原因與減噪設計

電磁噪聲為電機噪聲重要來源，尤其是多極數電機，電磁噪聲更加突出。通常這種噪聲伴隨電機功率的不斷增加而變大，同時這也是電機負載過程中噪聲明顯增大的原因。這種噪聲和電機自身電磁設計參數有著十分密切的關系，如設計不當，將使噪聲表現得極為明顯，甚至超過其它類型的噪聲。基于此，必須加強對電磁噪聲的研究，以探究有效的減噪措施。

1.1電磁噪聲產生原因

電機運行過程中，氣隙當中不僅存在基波，還有諧波磁場，彼此相互作用，在產生切向力的基礎上，產生電磁力波。當定轉子受到這些力波持續作用時，將出現徑向變形，而且呈周期性。因轉子鐵心有很大的剛度，所以不會產生太大振動，通常情況下只需考慮定子鐵心和它傳遞至機座部位的振動。這種振動一旦產生將導致周圍的空氣發生脈動，進而產生噪聲。

1.2減噪設計

電磁噪聲和聲輻射特性、徑向力與動態響應幾個因素有關，為減小這種噪聲，可從下列方面著手：1.2.1槽配合：它對電磁噪聲有很大影響，在減噪設計過程中，定轉子槽數會對電磁力波自身階次帶來很大的影響，即不同槽配合會產生階次各異的力波。對于電磁力波，其頻率與階數可采用以下公式表達：

式（1）、（2）中，n表示力波系數;Z1表示定子槽數;Z2表示轉子槽數;f、f1表示力波頻率;P表示極對數;K=0，1，2，···;K1、K2=±1，±2，±3，···。為了使力波系數不等于0、1、2、3，并在必要情況下不等于4、5，應確定適宜的槽數。如果固有振動頻率無法精確確定，則可先使槽數滿足下列公式，這樣能有效避免固有振動，防止共振現象的發生。

1.2.2轉子斜槽：通過斜槽的使用能很好的減弱電磁噪聲，而且這對電機性能帶來的影響也是最小的。然而，在使用斜槽之后，因徑向力將沿著軸向長度方向產生一定扭轉力矩，致使鐵心發生扭轉振動，進而產生很大的噪聲。該振動一般不會出現在小型電機當中，而在大型電機卻很常見，必須在設計過程中引起重視。為有效解決這一問題，需使用分成兩段的斜槽，按照人字形結構布置，在中間處設置短路環。通過這樣的設計，可以有效降低扭轉振動。

1.2.3繞組型式：使用適宜的繞組節距及短距線圈能有效降低力波幅值與諧波含量。在三相繞組當中，沒有三次諧波，起到主要作用的為五次諧波與七次諧波。想要消除這兩種諧波，通常節距要達到整距五倍或者六倍，而二極電機的節距要達到整距兩倍或者三倍。

1.2.4磁密：減小氣隙的磁通密度也能有效降低噪聲。由于徑向力和氣隙磁密之間為正比關系，振動幅值和徑向力同樣為正比關系，所以聲功率和振動幅值之間也保持正比關系，基于此，如果磁密度從B1改變成B2，則聲功率級具體變化值可以按照下列公式進行估算：

2、電機噪聲產生原因

2.1內部元件不平衡

在日常的生活之中，電機設備噪聲的產生主要是由機械設備內部的元件結構不平衡所導致的，進而使得電機在使用的過程之中出現較大的噪聲。在電機設備之中，其元件的不平衡主要有三種：第一，動不平衡。在動不平衡的情況之下，就會產生相應的離心力，這就會使得在支座之上產生相互的震動，進而加大了噪聲的強度，產生較為嚴重的噪聲污染。同時，噪聲越大，產生的震動變越大，在強烈的震動之下，并且由于相關工作人員的疏忽大意，會導致在施工之中對機械設備的維護和修繕不到位，所以，就會噪聲機械設備之中的噪聲越來越大，嚴重的直接能夠導致電機的損壞。另外，靜不平衡產生的原因與動不平衡具有一定的差別，但是其產生噪聲的大小也是受到離心力和相位不平衡的影響。混合不平衡的情況一般是發生在大型的電機企業之中。在實際的生產實踐之中，其管理者一般對動不平衡的關注度較高。

2.2持續性電機設備工作產生的噪音

由于電機設備的附近磁場活動活躍，設備本身所負載的電流流量還打，再加上告訴運轉中的電機設備，就使得電機設備附近形成磁場，久而久之這種電機慣性就要不斷的發生，使電磁產生聲音，對于其日后噪聲越來越大埋下了伏筆。

2.3壓力持續使電機設備產生噪音

電機設備周圍的磁場穩定離不開電磁的持續供應，電機設備的供電特點是持續性的電源和電流，對于電磁噪聲的電機設備一直以來都是使用持續性電壓，導致磁場持續，若電壓一直保持不變，那么電機設備的磁場會越來越大，噪音也就會越大。

2.4減噪設計

2.4.1解決機械不平衡的問題

機械不平衡的問題是影響我國電機設備正常運行的要素之一，若想科學、專業地處理這一問題，首要的工作便是減小機械的不平衡量，保持機械設備的平衡性和精準度。需要注意的是，無論是平衡性問題還是精準性問題，均涉及到電機本身的性質規定、使用標準、電機的顛簸性等幾個因素。比如：船用電機的正常運行，必須保證其顛簸性符合規范、運行周期達標、振動頻率小、噪聲小等條件，進而嚴格確保電機設備的精準度和平衡性。

2.4.2從源頭上切斷噪聲的產生

在正常的電機運行中，受到外部和內部的電機噪聲影響都很多，但是，只有噪音分貝得到一定程度了才能稱作噪音，而元件陳舊故障噪聲才能夠負荷標準，減少噪聲對環境的損害。杜絕或減少產生噪聲的源頭則從根本上解決或降低電機噪聲，但是，目前它受到造價和技術等方面的限制。電磁噪聲和空氣動力噪聲主要從合理的設計著手來減小。電磁噪聲是由于氣隙的高次諧波磁通密度產生的徑向力作用所致，其力的大小與磁通密度的平方成正比。減小噪聲的顯著方法是通過增大氣隙來減小磁通密度。為了降低高次諧波磁通密度的影響，一般情況下都做成狹窄的槽口或閉口槽。使用磁性槽楔降低磁通密度也是很有效的辦法。在小電機中定子或轉子斜槽減小了其平均徑向力，很大程度上降低了噪聲，而在大電機中，這可能會導致扭振，而使噪聲增大。斜槽也有助于消除感應電機中的堵轉與爬行。

結束語

綜上所述，對電機而言，其噪聲水平是對電機整體質量進行衡量的關鍵指標，也是對電機運行及市場競爭造成直接影響的重要因素，所以在電機設計中應對噪聲限值進行綜合考慮，通過合理的設計使噪聲處在允許范圍內。

參考文獻

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