电动机如何控制电磁噪声
电动机的噪声基本上可分为机械噪声,通风噪声和电磁噪声。电磁噪声的控制相对复杂,因为它通常会导致电动机的其他性能由于噪声的控制而不能满足要求。
一般而言,电动机的电磁噪声与气隙中定子和转子磁场之间的相互作用产生的径向力,电动机部件的动态响应和电动机表面的声辐射特性有关。对于感应电动机,电磁噪声主要与定子和转子的槽匹配有关,由于轴的不同,定子和转子之间的偏心引起的单侧磁拉力,铸铝的质量,气隙的大小,程度倾斜槽的类型,绕组的类型和节距的选择。
降低感应电动机电磁噪声的方法
1、增加气隙
如果其他条件相同,则磁密度波和径向力波的大小随着定子和转子气隙长度的增加而减小。但对于感应电动机,当气隙增加时,效率和功率因数通常会降低,并且电动机的温升会增加。
2、2P电机的脉冲噪声控制
静止(动态)转子的偏心率和定子与转子铁心之间的磁导率的变化将在2P电动机中形成单极磁通波,这将引起脉动噪声。至于如何控制设计中的脉动噪声,专家学者提出了研究不同设计方案对噪声影响的研究结果:对于单相双极感应电动机,如果可能的话,它们应该在“对称”状态下运行也就是说,使主绕组和辅助绕组之间的相位差为90度。当相位差角为90°时,也就是说,在“对称”操作状态下,所有主脉冲噪声分量具有低的声功率级。
这是因为当在对称操作中反向磁场为零时,消除了与反向磁场相关的所有脉动。然而,由于正磁场总是存在脉冲噪声分量,所以即使在对称时也不能完全消除脉冲噪声。为了降低双极电机的脉动噪声,可采取的基本措施是:转子应平衡;应尽量减小反向磁场;并且应尽量减小气隙渗透率。
在定子或转子倾斜槽时,在一个轴向位置作用在定子叠片上的径向力不同于在其它轴向位置作用在其它芯层叠件上的径向力。换句话说,倾斜槽在轴芯的不同位置处产生径向力之间的相位差。因此,通过使用倾斜槽,将减小作用在导杆上的平均径向力,甚至振动和噪声水平。
试验证明,倾斜槽仅适用于100kW以下的中小型交流电动机。对于大型交流电动机,特别是额定功率超过500千瓦的交流电动机,通常不使用倾斜的槽,因为这会在转子的保持架导杆之间产生大的横向电流,并引起扭转振动并增加噪声。在中小型交流电动机中,扭转振动的固有频率一般高于10kHz,因此可以忽略扭转振动对电动机噪声的影响。理论研究表明,电极的偏置或电枢的一个或多个整数槽有助于减小作用在定子极上的磁力和扭矩。
4、定子绕组采用平行分支
一些电机理论研究指出,转子的偏心会产生一系列具有低极对数的径向力波,并增加电机的噪声。因此,应严格控制转子的偏心度,以尽量减少转子的可能性。但是,很难经济地采用这种方法,特别是对于大规模生产。另一种方法是在定子绕组中使用并联支路。
实验表明,如果每个绕组上的施加电压在不同数量的并联支路和连接方式下保持不变,并且如果将所有极性相串联连接时获得的声功率级作为参考,则噪声将明显减小。使用两个平行分支连接电压均衡线,相对偏心率为75%;没有相同的电压均衡线连接方式,噪声会降低很少。四个并联支路的降噪效果优于两个并联支路加电压均衡线。
然而,并联分支的数量等于极对数的数量的想法是减少振动的有效方法并不总是正确的,并且没有均衡电压线的并联连接方法似乎比其他连接方法受益更少,事实上可以证明它甚至不比使用所有串联绕组都优越。另外,应特别注意用于形成平行分支的外部布线的布局,并且不应形成“环”。
5、降低电机外表面的动态幅度
(1)电动机主要部件(定子,转子,端盖)的固有频率与主电磁激励力的频率不一致。由于其主电磁激励力的频率范围很宽,因此很难避免由变频器供电的交流调速电机产生共振。 (2)采用定子铁心与框架之间的“弹性”机械连接,使框架振动小化。该方法通常用于大中型电动机。 (3)增加定子铁心的轭高,以增加其刚度。 (4)振动吸收材料用于增加部件的抗振性能。 (5)增加电磁激励力的顺序。
6、降低声辐射效率
为了大限度地减少电机发出的噪音,建议采用更短的长度和更大的直径,而不是更长的长度和更小的直径。另外,如前所述,应适当选择定子和转子槽,以确保主电磁激励力分量具有更高的阶数。当然,在选择定子和转子的槽时,必须考虑杂散损耗,额外的转矩和电动机成本。另外,应该注意的是,由于槽数的变化,电磁激励力的频率不应接近某些电动机部件的固有频率。
已经提出了许多用于选择定子和转子槽的规则,但是它们都不能应用于所有类型的电动机。具有小噪音的绝对“好”凹槽尚未匹配;如果要做出选择,应充分考虑力波分量,部件的机械性能和电机表面的辐射特性。
一般而言,电动机的电磁噪声与气隙中定子和转子磁场之间的相互作用产生的径向力,电动机部件的动态响应和电动机表面的声辐射特性有关。对于感应电动机,电磁噪声主要与定子和转子的槽匹配有关,由于轴的不同,定子和转子之间的偏心引起的单侧磁拉力,铸铝的质量,气隙的大小,程度倾斜槽的类型,绕组的类型和节距的选择。
需要指出的是,有很多方法可以实现噪声控制以及影响噪声的因素,但有些方法会增加成本或影响电机性能。到目前为止,没有简单的规则和通用方法可以应用于所有类型的电机噪声控制。电机设计人员只能尽一切努力将可能的噪声降低到经济性和电动机性能的低限度。
降低感应电动机电磁噪声的方法
1、增加气隙
如果其他条件相同,则磁密度波和径向力波的大小随着定子和转子气隙长度的增加而减小。但对于感应电动机,当气隙增加时,效率和功率因数通常会降低,并且电动机的温升会增加。
2、2P电机的脉冲噪声控制
静止(动态)转子的偏心率和定子与转子铁心之间的磁导率的变化将在2P电动机中形成单极磁通波,这将引起脉动噪声。至于如何控制设计中的脉动噪声,专家学者提出了研究不同设计方案对噪声影响的研究结果:对于单相双极感应电动机,如果可能的话,它们应该在“对称”状态下运行也就是说,使主绕组和辅助绕组之间的相位差为90度。当相位差角为90°时,也就是说,在“对称”操作状态下,所有主脉冲噪声分量具有低的声功率级。
这是因为当在对称操作中反向磁场为零时,消除了与反向磁场相关的所有脉动。然而,由于正磁场总是存在脉冲噪声分量,所以即使在对称时也不能完全消除脉冲噪声。为了降低双极电机的脉动噪声,可采取的基本措施是:转子应平衡;应尽量减小反向磁场;并且应尽量减小气隙渗透率。
在定子或转子倾斜槽时,在一个轴向位置作用在定子叠片上的径向力不同于在其它轴向位置作用在其它芯层叠件上的径向力。换句话说,倾斜槽在轴芯的不同位置处产生径向力之间的相位差。因此,通过使用倾斜槽,将减小作用在导杆上的平均径向力,甚至振动和噪声水平。
试验证明,倾斜槽仅适用于100kW以下的中小型交流电动机。对于大型交流电动机,特别是额定功率超过500千瓦的交流电动机,通常不使用倾斜的槽,因为这会在转子的保持架导杆之间产生大的横向电流,并引起扭转振动并增加噪声。在中小型交流电动机中,扭转振动的固有频率一般高于10kHz,因此可以忽略扭转振动对电动机噪声的影响。理论研究表明,电极的偏置或电枢的一个或多个整数槽有助于减小作用在定子极上的磁力和扭矩。
4、定子绕组采用平行分支
一些电机理论研究指出,转子的偏心会产生一系列具有低极对数的径向力波,并增加电机的噪声。因此,应严格控制转子的偏心度,以尽量减少转子的可能性。但是,很难经济地采用这种方法,特别是对于大规模生产。另一种方法是在定子绕组中使用并联支路。
实验表明,如果每个绕组上的施加电压在不同数量的并联支路和连接方式下保持不变,并且如果将所有极性相串联连接时获得的声功率级作为参考,则噪声将明显减小。使用两个平行分支连接电压均衡线,相对偏心率为75%;没有相同的电压均衡线连接方式,噪声会降低很少。四个并联支路的降噪效果优于两个并联支路加电压均衡线。
然而,并联分支的数量等于极对数的数量的想法是减少振动的有效方法并不总是正确的,并且没有均衡电压线的并联连接方法似乎比其他连接方法受益更少,事实上可以证明它甚至不比使用所有串联绕组都优越。另外,应特别注意用于形成平行分支的外部布线的布局,并且不应形成“环”。
5、降低电机外表面的动态幅度
(1)电动机主要部件(定子,转子,端盖)的固有频率与主电磁激励力的频率不一致。由于其主电磁激励力的频率范围很宽,因此很难避免由变频器供电的交流调速电机产生共振。 (2)采用定子铁心与框架之间的“弹性”机械连接,使框架振动小化。该方法通常用于大中型电动机。 (3)增加定子铁心的轭高,以增加其刚度。 (4)振动吸收材料用于增加部件的抗振性能。 (5)增加电磁激励力的顺序。
6、降低声辐射效率
为了大限度地减少电机发出的噪音,建议采用更短的长度和更大的直径,而不是更长的长度和更小的直径。另外,如前所述,应适当选择定子和转子槽,以确保主电磁激励力分量具有更高的阶数。当然,在选择定子和转子的槽时,必须考虑杂散损耗,额外的转矩和电动机成本。另外,应该注意的是,由于槽数的变化,电磁激励力的频率不应接近某些电动机部件的固有频率。
已经提出了许多用于选择定子和转子槽的规则,但是它们都不能应用于所有类型的电动机。具有小噪音的绝对“好”凹槽尚未匹配;如果要做出选择,应充分考虑力波分量,部件的机械性能和电机表面的辐射特性。