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电机的振动及噪音

一般评估电动机的品质除了运转时之各特性外,以人之五感判断振动及噪音的情形较多。而电动机产生的振动噪音,主要有:  

1、机械振动噪音,为转子的不平衡重量,产生相当转数的振动。
2、电动机轴承的转动,正常的情形产生自然音,精密小型电动机或高速电动机情形以外,几乎不会有问题。但轴承自然的振动与电动机构成部材料的共振,轴承的轴方向弹簧常数使转子的轴方向振动,润滑不良产生摩擦音等问题产生。 
3、电刷滑动,具有电刷的DC电动机或整流子电动机,会产生电刷的噪音。 
4、流体噪音,风扇或转子引起通风噪音对电动机很难避免,很多情形左右电动机整体的噪音,除风扇的叶片或铁心的齿引起气笛音外,也有必要注意通风上的共鸣。 
5、电磁的噪音,为磁路的不平衡或不平衡磁力及气隙的电磁力波产生之噪音,又磁通密度饱和或气隙偏心引起磁的噪音。 

一、机械性振动的产生原因与对策  

1、转子的不平衡振动 

A、原因: 

·制造时的残留不平衡。 
·长期间运转产生尘埃的多量附着。 
·运转时热应力引起轴弯曲。 
·转子配件的热位移引起不平衡载重。 
·转子配件的离心力引起变形或偏心。 
·外力(皮带、齿轮、直结不良等)引起轴弯曲。 
·轴承的装置不良(轴的精度或锁紧)引起轴弯曲或轴承的内部变形。 

B、对策: 

·抑制转子不平衡量。 
·维护到容许不平衡量以内。 
·轴与铁心过度紧配的改善。 
·对热膨胀的异方性,设计改善。 
·强度设计或装配的改善。 
·轴强度设计的修正,轴联结器的种类变更以及直结对中心的修正。 
·轴承端面与轴附段部或锁紧螺帽的防止偏靠。 

2、轴承之异常振动与噪音 

A、原因: 

·轴承内部的伤。 
·轴承的轴方向异常振动,轴方向弹簧常数与转子质量组成振动系统的激振。 
·摩擦音:圆柱滚动轴承或大径高速滚珠轴承产生润滑不良与轴承间隙起因。 

B、对策: 

·轴承的替换。 
·适当轴方向弹簧预压给轴承间隙的变动。 
·选择软的滑脂或低温性优秀的滑脂,残留间隙使小(须注意温升问题)。  

3、电刷滑动音 

A、原因: 

·整流子与电刷的滑动时的振动电刷保持器激振产生 

B、对策: 

·握刷的弹性支持、选择电刷材质与形状、抑制侧压引起的电刷振动及提高整流子的精度等。  

二、流体噪音的产生与对策  

电动机的流体噪音中,主要为冷却用的风扇引起的噪音。此外,转子铁心的槽开口部接近静止侧的部份,变成显著气笛音,再则通风路等如存在共鸣空间,产生显著的共鸣者。 
1、风扇噪音的大小: 

电动机一般求两方向转动,风扇的叶片为径向直线叶片,效率不良,而且噪音大。噪音值约由下式来求。但测定电动机的轴中心高度,距离有1m的情形。 

噪音dB(A)=70 log D+50 log N+ 

D:叶片的外径(m), N:每秒的转数,  :常数32~36,  

由上式,降低噪音位准,以减少风扇的外径较重要。但吐出风量与风压低下,与这些的配合变成重要。风扇在外框的内部时有减音或遮音效果。  

2、风扇噪音的频率依不同类型而有差异。 

·压力噪音,为风扇的叶片空气受压力冲击产生。 
·扰流噪声,为叶片周边空气流动的扰乱起因者,径向直线叶片的风扇,电动机的用途上可说不可避免。 
·风扇与其它部份的干涉引起的气笛音,为接近转动叶片存在其它部份空气如流通,产生激烈的气笛音。 

三、电磁噪音(感应电动机)  

有关电磁噪音,其电磁噪音由耳朵的听感感度良好频率100HZ以上的频率带域,单一或复数的特定频率音组成,特别与定子共振时变成显著的噪音。感应电动机较DC电动机常有电磁噪音问题,因此以感应电动机为中心说明。电磁噪音感应电动机通称“磁音”,对此种的研究,首先要了解正弦波电流的电磁噪音。  

1、正弦波电流的电磁噪音: 

因正弦波电流,感应电动机的气隙产生的磁通,加转矩产生的基本(主)磁通,存在高谐波磁通。这些的磁通使定子与转子铁心互相吸引的电磁力波作用,定子铁心变形为多角形,转轴弯曲移位产生振动。主要产生电磁噪声之气隙高谐波磁通原因者,有 

A、绕线分布引起的磁动势高谐波。 
B、定子或转子铁槽产生的槽高谐波。 
C、铁心饱和产生的饱和高谐波。 
D、偏心引起的偏心高谐波 
E、电压、线圈、磁路等不平衡引起的高谐波。 
F、槽磁导高谐波等。 
G、相带高谐波,气隙存在为数很多的空间高谐波磁与电源波形畸变等引起时间高谐波磁通。 

2.电磁噪音防止对策: 

A.由电机设计上 

·适当槽数组合 
·采用特殊槽 
·斜槽化 
·选择线圈节距 
·正弦波绕线 
·采用分数槽绕线 
·气隙、齿、轭铁部之磁通密度的适当化 
·转子槽部极与厚度的均等化 
·采用磁性楔 
·气隙的扩大 

B.由机械设计上 

·消除静的偏心,提高加工·装配精度。 
·对外力提高轴的弯曲刚性,装配精密。 
·全闭槽消除齿尖厚度不同,提高制造技术。 
·磁路使不造成不平衡的构造以及制造,特别转子导体的电阻,绝缘或轴的断面形状。 
·定子、转子避免与电动机构成部材料的共振。 
·避免与电动机装置机构产生共振。 
·定子铁心或轴承支持部的弹性、防振支持。 
·由电动机外部的遮音或防音的构造。 

C.在使用上,消除电源电压的不平衡。 

·电磁噪音的原因变成电磁加振力,这些的高谐波磁通因互相干涉产生电磁力波引起。 

但并非所有电动机的噪音问题,皆由电磁力波所引起的。有些是因与定子或转子的自然振动数一致或接近的情形形成共振状态。所以电磁噪音产生的因素,不单单只因为电磁力波的频率,我们还需要了解电动机各部份的振动体自然振动频率。


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