三相异步电动机的噪声分析

惠俭新

(中达电机股份有限公司，江苏无锡214145)



三相异步电动机的噪声分析

惠俭新

(中达电机股份有限公司，江苏无锡214145)

三相异步电动机的噪声产生的原因多种多样，现从电磁噪声、机械噪声、通风噪声三方面进行分析，对异步电动机噪声控制提出了几种行之有效的方法，并通过举例，对所提方案进行了验证。

电磁噪声；机械噪声；通风噪声

0 引言

噪声是衡量三相异步电动机性能的重要指标。噪声的控制十分复杂，其产生往往伴随振动而产生的，振动过大还会损坏其它设备，噪声的大小反映了产品设计、制造工艺等多方面的情况。因此，设计人员要深入研究，及时解决噪声。常见的噪声主要分为：电磁噪声、机械噪声、通风噪声。本文主要从以上三种噪声进行论述。

1 电磁噪声

电磁噪声是电机气隙中磁场相互作用产生随时间和空间变化的径向力，使定子铁心和机座随时间周期性变形，即定子发生振动而使周围空气脉动引起的气载噪声。降低三相异步电动机电磁噪声的有效方法如下。

1.1 选择合适的槽配合

当槽配合符合下列任一条件时，定、转子齿谐波磁场将引起电机振动和噪声。

式中，Z1—定子槽数；Z2—转子槽数。

一般采用少槽-近槽配合(即转子槽数少于且接近于定子槽数)，杂散损耗较小，但产生低次数力波的可能性较大，所以电磁噪声较高。采用远槽配合(定转子槽数相差较多)或多槽配合(转子槽数多于定子槽数)，杂散损耗较大，而电磁噪声可能较低。槽配合对电动机噪声级的影响可参考表1。

1.2 转子进行斜槽处理

转子斜槽可使径向力波沿电机长度方向的轴线发生位移，使得沿轴向平均径向力降低，从而降低电机的振动和噪声。对于100kW以下的笼型异步电动机，斜槽是降低噪声的有效措施。设直槽转子为L1时，斜槽转子为L2时，则由于斜槽转子使该噪声级的降低可按下式估算

式中，bsk—沿转子外圆扭斜弧长；t2—转子齿距；u—转子绕组谐波系数；Z2—转子槽数。

转子斜槽获得的降低电磁噪声的效果很明显。斜槽对电动机噪声级的影响可参考表1。

表1 斜槽对电动机噪声级的影响 dB(A)

极数为6极Z219212326323344Z1=36bsk=0717865746167bsk=tz1636462625957Z1=18bsk=0747273bsk=tz1636566极数为4极Z211141517192022232526Z1=24bsk=0697161806869748073bsk=tz1575559606460606057Z1=18bsk=062575970795762626361bsk=0.75tz147424846434947454544Z1=12bsk=053647558597275bsk=0.5tz149545954464954

1.3 采用短距绕组来削弱谐波电势

选择适当的线圈节距，使某一谐波的短距系数等于或接近于零，则可达到削弱谐波的目的。为消除v次谐波，线圈的节距y1为

(1)

式中，τ—极距。

1.4 适当增大电机的气隙

定转子间气隙长度δ增大，气隙磁导降低，故可降低气隙谐波磁场。当气隙长度由δ1改变为δ2时，相应的电磁声级变化近似为

L1-L2=40lg(δ2/δ1)4

(2)

式中，L1、L2—电动机电磁噪声；δ1、δ2—电动机气隙长度。

但因为气隙增大后，会使电机功率因数降低而使谐波磁动势增大，使谐波磁场也增大，所以实际的电磁噪声级变化小于按式(2)的计算值。

1.5 采用定子绕组并联路数

如果磁路的分布对称性好，则电磁噪声一定较低，采用并联路数2p(极数)；或如果a<2p，在串联每路绕组时应采用隔极连接。若采用均压线则效果更好。表2可看出并联路数多的降噪效果。

表2 4极电机在采用2路、4路接法的噪声降低值

2 机械噪声

产生机械噪声的主要原因为：(1)转子机械不平衡产生的噪声；(2)轴承噪声；(3)零部件加工不同心及装配质量不好导致的噪声。解决措施：由于转子机械不平衡产生的噪声，主要解决转子的动或静平衡及偏心问题就基本能消除由此产生的噪声；而零部件加工不同心及装配质量不好产生的噪声，在保证加工及装配工艺的情况下也基本能把噪声压抑在萌芽状态。本文重点研究轴承噪声的解决措施。

滚动轴承在转动时，滚动元件相对内、外轴承圈和保持架有相对运动，就是这些相对运动的元件间发生不规则撞击，从而发出噪声，而降低噪声的办法：(1)从轴承选择来讲，一般滚子轴承比球轴承有较高的噪声。轴承随着内径增大，振动和噪声也会相应增大。试验表明，直径每增大5mm，振动噪声约增加1～2dB(A)。另外，球或滚珠直径越大，振动和噪声也越大，轴承内径相同的300系列和200系列轴承，在其它条件相同的情况下，200系列轴承的振动噪声要低3～5 dB(A)，在实际三相异步电动机设计中，低压大功率2P及高压2P电机绝大多数用200系列轴承也是基于降低振动和噪声这个重要目的(当然还有极限转速等其它考虑因素)。(2)保证轴承游隙的适中。径向和轴向游隙过大，会引起转轴较大的径向跳动和轴向窜动，使轴承产生较大的振动和噪声。而径向和轴向游隙过小，则会使滚动体与内外套圈之间有摩擦，导致发热及噪声，因此正确选择滚动轴承的游隙，是保证轴承良好工作的重要因素。(3)润滑脂要多少稠稀适中，过多过稠的润滑脂对滚动体振动的阻尼作用差，过少过稀的润滑脂容易引起干摩擦而产生噪声。在噪声要求非常严格的场所中还可以考虑选用滑动轴承。

3 通风噪声

如今在电磁性能方面的不断优化和对机械结构的持续改进，使电机的通风噪声相对于电磁噪声和机械噪声所占的比例成显著增长的趋势。前苏联统计的三种噪声的比例变化见表3。

表3 三种噪声比例变化

通风噪声产生的原因分为三大类。

(1)风扇高速旋转时，空气质点受到风叶周期性力的作用，产生压力脉动而引发旋转噪声。

(2)空气涡流产生的噪声。它是由于风扇或转子上旋转的零部件在旋转时产生的气流遇到障碍物，使风路截面剧变或气流方向突变而引发的涡流所产生的噪声。

(3)笛声是气流遇到尖角或筋状物时发出的尖啸声。如在高压三相异步电动机中，定、转子径向通风道是对齐的，则由转子径向风道中的转子导条或通风槽管(相当于叶片数等于转子槽数Z2的离心式风扇)排出的气流吹到定子径向通风道，与其通风槽片相遇时就要发出笛声。所以最好将定、转子径向通风道的位置相互错开。但在气隙小于1mm时，这会显著影响风量。

3.2 通风噪声的抑制方法

(1)当已知一台电机的噪声L1，风扇外径D1，风扇叶片宽度b1、电机转速为n1及风扇的气流效率η1估算另一台电机的噪声(相应代号的下标为“2”)时可参考下式(两台电机的结构相似)

由上式可得到以下结论：风扇外径减小10%，噪声降低3dB(A)；转速降低10%，噪声降低2dB(A)；风叶宽减小10%，噪声降低0.4dB(A)；风扇的气流效率由0.3提高到0.4,噪声可降低1.9 dB(A)。

表4 在BJO2封闭式75kW、2极(中心高280mm) 电机上试验的两种风扇效果

(3)合理设计风路：风扇外圈与风罩间(或挡风圈间)间隙要适中，离心式风扇间隙过小会产生“哨声”，过大又会使回风的涡流声增大。而轴流式风扇间隙如果小，则风压高，但噪声相对来讲要大一些，一般在实际设计中，此间隙在5～10mm之间为妥。

(4)采用水冷却系统或他冷冷却系统。

(5)采用消声器。

4 结语

噪声是评定三相异步电动机的重要性能指标，而对噪声的控制也较为复杂。只有在生产实践中不断的总结推敲和分析研究，才能为噪声得到有效的控制而积累经验。

[1] 杨万清.防爆防腐电机检修技术问答.北京:化学工业出版社,2008.4.

[2] 黄国治，傅丰礼.Y2系列三相异步电动机技术手册.北京:机械工业出版社,2004.1.

[3] 陈世坤.电机设计.北京:机械工业出版社,2000.

Noise Analyses on Three-Phase Induction Motor

HuiJianxin

(Zhongda Electric Motors Co., Ltd., Wuxi 214145, China)

Causes of producing noise of three-phase induction motor are in varied forms, and effective methods to control noise of induction motor are proposed by analyzing from aspects of electromagnetic noise, mechanical noise and ventilation noise. The proposed plan has been verified by illustrating.

Electromagnetic noise；mechanical noise；ventilation noise

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.15

TM301.4+3

B

1008-7281(2016)05-0051-004

惠俭新 男 1978年生；毕业于江南大学，现主要从事高低压防爆三相异步电机的设计工作.

2016-05-26