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        總結(jié)電機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因及減小噪音的設(shè)計(jì)流程

        2020-08-12 06:48:16田麗麗
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2020年21期
        關(guān)鍵詞:氣隙風(fēng)扇徑向

        田麗麗

        (湘潭電機(jī)股份有限公司,湖南 湘潭411101)

        噪聲為電機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)之一,導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因有很多,但主要是電磁和通風(fēng)。不同類型的電機(jī)噪聲有著不同的產(chǎn)生原因,需在掌握成因的基礎(chǔ)上,在設(shè)計(jì)上采取有效措施來減小噪聲。

        1 電機(jī)電磁噪聲產(chǎn)生原因與減噪設(shè)計(jì)

        電磁噪聲為電機(jī)噪聲重要來源,尤其是多極數(shù)電機(jī),電磁噪聲更加突出。通常這種噪聲伴隨電機(jī)功率的不斷增加而變大,同時這也是電機(jī)負(fù)載過程中噪聲明顯增大的原因。這種噪聲和電機(jī)自身電磁設(shè)計(jì)參數(shù)有著十分密切的關(guān)系,如設(shè)計(jì)不當(dāng),將使噪聲表現(xiàn)得極為明顯,甚至超過其它類型的噪聲?;诖?,必須加強(qiáng)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(chǎn)生原因

        電機(jī)運(yùn)行過程中,氣隙當(dāng)中不僅存在基波,還有諧波磁場,彼此相互作用,在產(chǎn)生切向力的基礎(chǔ)上,產(chǎn)生電磁力波。當(dāng)定轉(zhuǎn)子受到這些力波持續(xù)作用時,將出現(xiàn)徑向變形,而且呈周期性。因轉(zhuǎn)子鐵心有很大的剛度,所以不會產(chǎn)生太大振動,通常情況下只需考慮定子鐵心和它傳遞至機(jī)座部位的振動。這種振動一旦產(chǎn)生將導(dǎo)致周圍的空氣發(fā)生脈動,進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。

        1.2 減噪設(shè)計(jì)

        電磁噪聲和聲輻射特性、徑向力與動態(tài)響應(yīng)幾個因素有關(guān),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(shè)計(jì)過程中,定轉(zhuǎn)子槽數(shù)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(chǎn)生階次各異的力波。對于電磁力波,其頻率與階數(shù)可采用以下公式表達(dá):

        1.2.2 轉(zhuǎn)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(jī)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(chǎn)生一定扭轉(zhuǎn)力矩,致使鐵心發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動,進(jìn)而產(chǎn)生很大的噪聲。該振動一般不會出現(xiàn)在小型電機(jī)當(dāng)中,而在大型電機(jī)卻很常見,必須在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)布置,在中間處設(shè)置短路環(huán)。通過這樣的設(shè)計(jì),可以有效降低扭轉(zhuǎn)振動[2]。

        1.2.3 繞組型式:使用適宜的繞組節(jié)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(dāng)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(jié)距要達(dá)到整距五倍或者六倍,而二極電機(jī)的節(jié)距要達(dá)到整距兩倍或者三倍[3]。

        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(guān)系,振動幅值和徑向力同樣為正比關(guān)系,所以聲功率和振動幅值之間也保持正比關(guān)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(jìn)行估算:

        如果軛部與齒部的磁密相對較高,將導(dǎo)致磁路達(dá)到飽和,使主磁場的波形變?yōu)槠巾敔?,在這種波形條件下,會出現(xiàn)低階力波,其階數(shù)和電機(jī)極對數(shù)存在一定關(guān)聯(lián)。在出現(xiàn)了這種情況以后,會有可能出現(xiàn)一階力波與二階力波,導(dǎo)致電磁噪聲明顯增加?;诖?,為降低這種噪聲,需要采取措施減小磁密[4]。

        1.2.5 氣隙大?。涸龃笠欢ǖ臍庀赌苡行Ы档痛艌龇?,進(jìn)而起到降低噪聲的作用。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高制造的精度還能避免氣隙不均的發(fā)生。電機(jī)電磁噪聲和氣隙長度之間的關(guān)系如下:

        2 電機(jī)通風(fēng)噪聲產(chǎn)生原因與減噪設(shè)計(jì)

        電機(jī)的通風(fēng)噪聲主要由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起,包括三種類型,即旋轉(zhuǎn)、渦流與共鳴。

        2.1 通風(fēng)噪聲產(chǎn)生原因

        2.1.1 旋轉(zhuǎn)噪聲產(chǎn)生原因:在風(fēng)扇以較高的速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中,由于空氣質(zhì)點(diǎn)會受到呈周期性的風(fēng)葉作用,所以會產(chǎn)生一定壓力脈動,進(jìn)而產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)噪聲,噪聲頻率為葉片單位時間打擊質(zhì)點(diǎn)的總次數(shù),可表示為:

        式(7)中,Zb=1,2,3,··;Zb表示葉片數(shù);n 表示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,單位:r/min。

        2.1.2 渦流噪聲產(chǎn)生原因:其產(chǎn)生原因?yàn)轱L(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的氣流被障礙物阻擋,導(dǎo)致風(fēng)路截面產(chǎn)生劇烈的變化,或氣流的發(fā)生突然發(fā)生轉(zhuǎn)變,最終導(dǎo)致渦流產(chǎn)生,進(jìn)而引起噪聲[5]。

        2.1.3 笛聲產(chǎn)生原因:如果氣流遇到干擾,將產(chǎn)生頻率保持單一的笛聲,較為常見的干擾包括:風(fēng)道干擾,定轉(zhuǎn)子鐵心大多設(shè)有徑向通風(fēng)道,而且在軸向上保持對齊。因通風(fēng)道當(dāng)中設(shè)有間隔片,所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時間隔片一會對齊一會錯開,導(dǎo)致壓力波動,它的頻率主要和槽數(shù)與轉(zhuǎn)速兩個因素有關(guān)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和定子繞組之間產(chǎn)生干擾。另外,風(fēng)扇葉片和機(jī)座散熱筋之間也有干擾,當(dāng)風(fēng)扇葉片和散熱筋之間的距離相對較近時,會在風(fēng)道的入口部位出現(xiàn)一定壓力脈動,這種壓力脈動是引起笛聲的必要因素。對笛聲而言,其聲譜具有在頻率處產(chǎn)生峰值的特點(diǎn)。

        2.2 減噪設(shè)計(jì)

        2.2.1 合理設(shè)計(jì)風(fēng)量:當(dāng)風(fēng)量增加時,產(chǎn)生的噪聲就越大。從相關(guān)資料中可以看出,如果風(fēng)量減小30%,則能減小6dB 左右的通風(fēng)噪聲?;诖?,冷卻風(fēng)量在達(dá)到避免溫升超限的要求即可。

        2.2.2 合理選擇風(fēng)扇:風(fēng)扇類型多種多樣。根據(jù)相關(guān)研究成果,當(dāng)風(fēng)量完全相同時,大刀式風(fēng)扇的噪聲大于盆式風(fēng)扇。對于大刀式風(fēng)扇,還可分成徑向與后傾兩種,相比之下,后者的噪聲更小。而對于盆式風(fēng)扇,同樣能分為徑向與后傾兩種,相比之下,在后傾角為30°的條件下,其噪聲比徑向盆式風(fēng)扇小2.3dB 左右,而在后傾角為45°的條件下,其噪聲比徑向盆式風(fēng)扇小3dB 左右?;诖耍O(shè)計(jì)過程中,應(yīng)保證所選風(fēng)扇類型的合理性,以此減少或避免噪聲的產(chǎn)生。

        2.2.3 合理設(shè)計(jì)風(fēng)路:電機(jī)的整個風(fēng)路都要細(xì)心的設(shè)計(jì),使風(fēng)路始終保持暢通。對于迎風(fēng)障礙物,需設(shè)計(jì)成流線型,以免防止急劇轉(zhuǎn)向?qū)е略肼曌兇蟆A硗?,如果風(fēng)扇的外緣和風(fēng)罩之間的間隙相對較小,將產(chǎn)生很大的哨音。基于此,在設(shè)計(jì)過程中必須對風(fēng)路系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

        結(jié)束語

        綜上所述,對電機(jī)而言,其噪聲水平是對電機(jī)整體質(zhì)量進(jìn)行衡量的關(guān)鍵指標(biāo),也是對電機(jī)運(yùn)行及市場競爭造成直接影響的重要因素,所以在電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)對噪聲限值進(jìn)行綜合考慮,通過合理的設(shè)計(jì)使噪聲處在允許范圍內(nèi)。

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