总结电机噪声产生的原因及减小噪音的设计流程

赵开明 张寿亮

摘要：随着人们对精神生活的向往，噪音也是一种污染。针对在电机运行中影响电机性能的关键性因素———电机噪声，文章对电磁噪声和通风噪声两个最常见的噪声类型进行深入分析，提出噪声的产生原因，并结合以往相关经验，进行减噪设计，如对电磁噪声进行槽配合设计、采用转子斜槽，对通风噪声，保证风量设计、风扇选型和风路设计的合理性，以此为实际的电机设计提供参考借鉴，保证电机性能，减小或避免噪声的产生。

关键词：电机噪声;电磁噪声;噪声产生原因;减噪设计

引言

电机噪声的产生有单方面原因也有多方面原因。单方面原因则是由自身机械设备的日常工作运行时产生的;多方面原因则是由于人为操作、电机设备长时间工作运行出现故障、或者是内部元件产生问题造成元件摩擦而产生的噪声。机械噪声是电机运转部分的摩擦、撞击、不平衡以及结构共振形成的噪声。机械原因引起的噪声种类很多，也很复杂。这些噪声的直接来源都是电机设备，解决其最好的办法还是要从自身去找原因，找到问题的所在并能够提出有效的设计方法才能够尽量减少或避免电机设备不正常噪音存在的可能性。

1、电机电磁噪声产生原因与减噪设计

电磁噪声为电机噪声重要来源，尤其是多极数电机，电磁噪声更加突出。通常这种噪声伴随电机功率的不断增加而变大，同时这也是电机负载过程中噪声明显增大的原因。这种噪声和电机自身电磁设计参数有着十分密切的关系，如设计不当，将使噪声表现得极为明显，甚至超过其它类型的噪声。基于此，必须加强对电磁噪声的研究，以探究有效的减噪措施。

1.1电磁噪声产生原因

电机运行过程中，气隙当中不仅存在基波，还有谐波磁场，彼此相互作用，在产生切向力的基础上，产生电磁力波。当定转子受到这些力波持续作用时，将出现径向变形，而且呈周期性。因转子铁心有很大的刚度，所以不会产生太大振动，通常情况下只需考虑定子铁心和它传递至机座部位的振动。这种振动一旦产生将导致周围的空气发生脉动，进而产生噪声。

1.2减噪设计

电磁噪声和声辐射特性、径向力与动态响应几个因素有关，为减小这种噪声，可从下列方面着手：1.2.1槽配合：它对电磁噪声有很大影响，在减噪设计过程中，定转子槽数会对电磁力波自身阶次带来很大的影响，即不同槽配合会产生阶次各异的力波。对于电磁力波，其频率与阶数可采用以下公式表达：

式（1）、（2）中，n表示力波系数;Z1表示定子槽数;Z2表示转子槽数;f、f1表示力波频率;P表示极对数;K=0，1，2，···;K1、K2=±1，±2，±3，···。为了使力波系数不等于0、1、2、3，并在必要情况下不等于4、5，应确定适宜的槽数。如果固有振动频率无法精确确定，则可先使槽数满足下列公式，这样能有效避免固有振動，防止共振现象的发生。

1.2.2转子斜槽：通过斜槽的使用能很好的减弱电磁噪声，而且这对电机性能带来的影响也是最小的。然而，在使用斜槽之后，因径向力将沿着轴向长度方向产生一定扭转力矩，致使铁心发生扭转振动，进而产生很大的噪声。该振动一般不会出现在小型电机当中，而在大型电机却很常见，必须在设计过程中引起重视。为有效解决这一问题，需使用分成两段的斜槽，按照人字形结构布置，在中间处设置短路环。通过这样的设计，可以有效降低扭转振动。

1.2.3绕组型式：使用适宜的绕组节距及短距线圈能有效降低力波幅值与谐波含量。在三相绕组当中，没有三次谐波，起到主要作用的为五次谐波与七次谐波。想要消除这两种谐波，通常节距要达到整距五倍或者六倍，而二极电机的节距要达到整距两倍或者三倍。

1.2.4磁密：减小气隙的磁通密度也能有效降低噪声。由于径向力和气隙磁密之间为正比关系，振动幅值和径向力同样为正比关系，所以声功率和振动幅值之间也保持正比关系，基于此，如果磁密度从B1改变成B2，则声功率级具体变化值可以按照下列公式进行估算：

2、电机噪声产生原因

2.1内部元件不平衡

在日常的生活之中，电机设备噪声的产生主要是由机械设备内部的元件结构不平衡所导致的，进而使得电机在使用的过程之中出现较大的噪声。在电机设备之中，其元件的不平衡主要有三种：第一，动不平衡。在动不平衡的情况之下，就会产生相应的离心力，这就会使得在支座之上产生相互的震动，进而加大了噪声的强度，产生较为严重的噪声污染。同时，噪声越大，产生的震动变越大，在强烈的震动之下，并且由于相关工作人员的疏忽大意，会导致在施工之中对机械设备的维护和修缮不到位，所以，就会噪声机械设备之中的噪声越来越大，严重的直接能够导致电机的损坏。另外，静不平衡产生的原因与动不平衡具有一定的差别，但是其产生噪声的大小也是受到离心力和相位不平衡的影响。混合不平衡的情况一般是发生在大型的电机企业之中。在实际的生产实践之中，其管理者一般对动不平衡的关注度较高。

2.2持续性电机设备工作产生的噪音

由于电机设备的附近磁场活动活跃，设备本身所负载的电流流量还打，再加上告诉运转中的电机设备，就使得电机设备附近形成磁场，久而久之这种电机惯性就要不断的发生，使电磁产生声音，对于其日后噪声越来越大埋下了伏笔。

2.3压力持续使电机设备产生噪音

电机设备周围的磁场稳定离不开电磁的持续供应，电机设备的供电特点是持续性的电源和电流，对于电磁噪声的电机设备一直以来都是使用持续性电压，导致磁场持续，若电压一直保持不变，那么电机设备的磁场会越来越大，噪音也就会越大。

2.4减噪设计

2.4.1解决机械不平衡的问题

机械不平衡的问题是影响我国电机设备正常运行的要素之一，若想科学、专业地处理这一问题，首要的工作便是减小机械的不平衡量，保持机械设备的平衡性和精准度。需要注意的是，无论是平衡性问题还是精准性问题，均涉及到电机本身的性质规定、使用标准、电机的颠簸性等几个因素。比如：船用电机的正常运行，必须保证其颠簸性符合规范、运行周期达标、振动频率小、噪声小等条件，进而严格确保电机设备的精准度和平衡性。

2.4.2从源头上切断噪声的产生

在正常的电机运行中，受到外部和内部的电机噪声影响都很多，但是，只有噪音分贝得到一定程度了才能称作噪音，而元件陈旧故障噪声才能够负荷标准，减少噪声对环境的损害。杜绝或减少产生噪声的源头则从根本上解决或降低电机噪声，但是，目前它受到造价和技术等方面的限制。电磁噪声和空气动力噪声主要从合理的设计着手来减小。电磁噪声是由于气隙的高次谐波磁通密度产生的径向力作用所致，其力的大小与磁通密度的平方成正比。减小噪声的显著方法是通过增大气隙来减小磁通密度。为了降低高次谐波磁通密度的影响，一般情况下都做成狭窄的槽口或闭口槽。使用磁性槽楔降低磁通密度也是很有效的办法。在小电机中定子或转子斜槽减小了其平均径向力，很大程度上降低了噪声，而在大电机中，这可能会导致扭振，而使噪声增大。斜槽也有助于消除感应电机中的堵转与爬行。

结束语

综上所述，对电机而言，其噪声水平是对电机整体质量进行衡量的关键指标，也是对电机运行及市场竞争造成直接影响的重要因素，所以在电机设计中应对噪声限值进行综合考虑，通过合理的设计使噪声处在允许范围内。

参考文献

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