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电机噪音大的原因及解决方法

  解决电机噪音大的问题,需先确定噪音来源,确定电机噪声来源比纠正电机噪音更具挑战。同时需要注意,如果噪音是因为电机设计中的某些因素(例如制造缺陷)造成的,那就不存在解决方案。电机噪音主要来源是电磁噪声、机械噪声和风阻。 (注:所有噪音通过气体、液体或固体介质传输。人类听觉范围内的噪音频率通常在 20 Hz 至 20 kHz 之间。) 电机噪音大的原因及解决方法

电磁噪声

  电机中的电磁噪声是由磁化部件在交变磁场中的机械力产生的。交变磁场会以两倍频率引起振动和噪声,所以,如果断电后噪音立即停止,则噪音来源是电磁噪声。   电磁噪声通常是两极或者四极电机的第二大噪声源(风阻排第一),并且可能是六极或多极电机的主要噪声源。因为低速定子铁芯的背铁厚度要小于高速铁芯,这使得它们更容易变形,也会因为较小的力而导致较大的振动。六极或更多极的低速电机会因为气隙较小以及轴承和外壳配合度差,更容易产生较大的噪音。 电机电磁噪音大的原因及解决方法   电磁噪声是噪音的主要来源,施加负载电机的噪声会增加(见表1)。通常,两极和四极电机空载和满载的噪声水平差不多,但六极或更多极电机噪声差异可能会很大。   解决方法:设计人员在设计电机时需要确保气隙尽可能大,同时保持可接受的功率因数来管理磁噪声,它们可以减少由气隙变化引起的磁力,并通过使用更长的磁芯来降低气隙磁通密度,从而提高功率因数。   另一个解决方案:因闭合槽不会导致磁噪声增加,所以设计师更喜欢闭合转子槽,他们还为绕线定子提供小开口的半封闭槽。   滑差噪音   电磁噪声的另一种表现形式是滑差噪声,这种间歇性的高频率噪音相对低音量、低频跳动噪音会令人反感。作为滑差的函数,频率随滑差而直接变化,这种情况在负载下更加明显,原因可能包括转子断条和端环开裂,所以滑动噪声通常与转子的均匀性缺陷有关,解决方法是更换新转子。   倾斜   转子槽的倾斜可以减少磁噪声,究竟采用多少槽斜度才较适宜,则需进一步试验验证。常见的建议是倾斜转子,至少有一个转子或定子槽(以槽数较少者为准)。任何不足都不会显著降低磁噪声,而较大的偏差通常会降低电机性能。
额定输出 PN (KW) 8-pole 6-pole 4-pole2-pole
1.0< PN ≤11 8 7 5 2
11< PN ≤37 7 6 4 2
37< PN ≤110 6 5 3 2
110< PN ≤400 5 4 3 2
400< PN ≤2200 4 3 2 2
2200< PN 4 3 2 1
表一 注1:此表提供额定负载条件下可预期的最大增加值,可添加到任何声明的空载数值。 备注2:该数值适用于50赫兹和60赫兹电源。   气隙不均匀。   气隙不均匀会导致磁力不平衡。较小气隙方向的磁力较强,会导致定子、转子和框架变形,然后产生电磁噪声。在降低电压的条件下运行电机是一种简单的诊断方式。例如,如果电机在全电压下噪音很大,但在一半额定电压时噪音可以接受,则应着重关注气隙以及外壳加工不当或转子偏心等问题。造成气隙不均匀的原因有:偏心转子、偏心定子、弯曲轴、轴颈与转子体加工不同心、轴承座(或套筒轴承)不同心、端支架与定子不同心、框架变形等。   制造差异对低速电机磁噪声的影响比对两极电机的影响更大,因为四极或多极电机的气隙比两极电机小很多,因此误差幅度要小很多。例如,560毫米外径定子的六极电机的气隙可能为0.55毫米,而具有相同定子尺寸的两极电机的气隙可能为1.4毫米。

机械噪音

  电机的机械噪声源包括定子铁芯松动、磨损、轴承损坏或润滑不良、以及内部组件的摩擦。此外,任何以固有频率激励的电机结构部件都可能成为空气噪声的来源。   定子铁芯松动   框架中松动的定子铁芯会产生嗡嗡声。在带有轧制钢框架的电机上,可以通过在电机运行时用木槌敲击电机框架的外部来检查。如果敲击使框架与铁芯的配合发生变形,噪音级别将会改变,甚至可能停止。严格来说,这种噪音的来源是磁性的,当电源断电时噪音也会停止。   轴承   轴承是电机中机械噪音的常见来源。滚动轴承噪音过大的原因有:滚珠或滚柱不均匀、滚珠或滚珠保持架发布咔嗒声、轴承表面光洁度差或偏心。除了冲击噪声外,这些条件还会导致轴承箱、导风板(挡板)和其他有效辐射噪声的部件产生共振激励。有些轴承噪音来源很容易识别,例如:布氏硬度处理会产生低音噪音、轴承中的污垢会导致尖锐的噪音、低温下润滑不足的滚珠或滚柱打滑会产生高频噪音、间歇性的爆裂声通常是由润滑油引起的。   100Hz至300Hz频率范围内的噪声是滚动轴承的特征,可能是由于滚珠或滚柱的通过,这种噪声振幅较低,不会对身体造成损害,除非它激发出其他电机部件的固有频率并导致破坏性振动。   减少或抑制轴承噪音的方法是使用波形弹簧垫圈对轴承进行轴向预加载。通常,垫圈通过对轴向自由滚珠轴承(非驱动端)的外圈施加力,来消除其与锁定轴承之间的内部间隙。促使每个轴承中的滚珠都遵循相同的滚动轨迹,从而降低滚珠在滚道和滚珠保持架内的噪音,以及减少高频振动。轴承预加载可通过消除轴承松动来改善动态平衡,但是过多的轴承预加载会产生低频噪音,并可能导致轴承过热。   轴承的润滑不足会导致摩擦噪音,两个滑动表面快速的间歇接触,会产生高冲击振动,接触点发出高频噪音,听起来像空气的嘶嘶声。当冲击振动传递到电机内部的谐振部分时,会发出刺耳的噪音。   内部组件的摩擦   除了磨损或损坏的轴承外,电机内的其他机械噪声源还包括外部风扇和盖、内部风扇和导流板、以及转子和定子的物理摩擦。解决这些问题需要正确定位风扇,并将转子-定子同心度恢复到适当的公差。   空气传播的噪音。   如前所述,如果电机的任何结构部件在其固有频率下受到足够的能量激励,则可能成为空气噪声源。例如,旋转不平衡本身可能不会发出空气噪声,但它可能充当振动的能源,振动通过支撑结构传递,并在谐振部件处转换为空气传播的声波,使振动部分看起来像是噪声源。   如果空气导流板、滴水盖或类似部件正在振动,则通常可以利用降噪材料的内摩擦将振动运动转化为热能。例如,在空气导流板和端支架之间使用室温硫化 RTV 硅胶来降低噪音。   多孔吸音材料可以通过将进入其孔隙的声波能量转化为热能来减少电机内产生的空气噪声的排放。这些材料的吸收能力随着其密度、厚度、致密性或孔隙结构的增加而增加。吸音材料的一个潜在缺点是它可能会限制气流或热传递,从而增加电机温度。

风阻噪音

  风阻噪声是电动机噪声的主要原因,并且在高速电动机(例如,两极和四极)中比较普遍。风阻噪声是由旋转部件附近的障碍物的湍流气流引起的,因此减少风阻噪声的方法是尽量减少障碍物。风阻噪声与大多数电机噪声源不同,它来源于气流而不是电机部件。风阻噪声是宽带噪声(宽频率范围),基本上没有明显的纯音(正弦波形)分量。   大型开放式外壳电机的大部分风阻噪音是因为转子轴的风扇动作,而不是来自冷却风扇或散热片。因此,减小冷却风扇直径可能不会减少太多噪音,但会显着减少冷却气流。   带有径向通风管道大型开放式电机通过转子和定子可能会产生刺激性的纯音气流噪声,频率通常高于1000 Hz,这种噪音被称为警报效应,是因为离开转子径向管道的气流突然中断造成的。将转子导管向定子导管偏移,有助于降低该噪声的音量。   在封闭风扇冷却电动机(TEFC)上,减小风扇的外部直径或更改风扇类型是降低噪音的方法,特别是在单向应用中。但减少风扇或通风路径会使电机运行更热,从而缩短润滑剂和绕组的寿命。增加风扇和固定部件之间的间隙或不对称地间隔风扇叶片也可以降低 TEFC电机的风扇叶片频率噪声。   总而言之,空气在表面围绕或流动会产生湍流,这是令人讨厌的噪音的潜在来源。从气流设计的角度看,避免风阻噪声应注意如下事项:消除与气流接触的部件上的锋利边缘和毛刺、尽量减少气流方向的突然变化、保持边界表面光滑、提供气流通道横截面的变化。

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