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电机振动与噪声.doc

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电机振动与噪声.doc
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电动机振动和噪声是一个比较老的但又是一个仍然存在和难以解决的问题。引起电动机振动和噪声的原因很多,大致可归结为两个方面:(1)电磁因素:如电路中电参数不平衡、磁拉力不平衡等;(2)机械因素:如转子动平衡不好而引起的噪声等。永磁电动机与普通电动机相比有许多优点,磁钢代替普通电动机中的励磁,提高了电动机效率,节省了材料并减小了电动机体积。但在永磁材料应用中还存在一些问题,如电动机噪声、振动增大等,因此,解决这些关键问题尤为重要。我们首先要判别电动机的振动由何原因引起的,即电磁和机械原因判定。区分是电磁原因还是机械原因产生的方法是将电动机运转至最高转速,突然切断电源,若振动随之突然减小,振动则是电磁原因引起的;若振动变化不大,则主要是机械原因引起的。根据电动机振动噪声源的强弱程度,应首先治理电动机中最突出的振动噪声源,找出相应的减振降噪的具体措施,才能起到事半功倍效果。1 电磁因素电磁原因:(1)电磁力。这种电磁力主要是由极靴下磁通的纵振荡产生的,通常具有齿频率。由于直流电动机固定在机座上的主极是集中质量,在交变磁拉力和主极集中力的作用下,使机座产生挠曲和横向振动。设计上采用非均匀气隙、电枢斜槽等,都是减少磁通振荡和振动电磁力的有效措施。(2)气隙的不均匀。由于装配气隙不均匀,电动机运行时产生单边磁拉力,其作用相当于电动机转轴挠度增加。因此保证气隙装配均匀是防止振动的必要措施。(3)转子线圈损坏。由于转子线圈损坏使电动机运行时转子径向受力不均匀,其结果与转子不平衡类似。不过,转子线圈损坏可用电枢检验仪测出。根据以上产生电磁振动噪声的原因,可采取以下对策:(1)合理的工艺结构和严格的工艺偏差在普通直流电动机中,负载时电枢反应使气隙磁场畸变,磁极下一边的磁密比另一边的磁密大,造成气隙磁密不均、换向恶化。因此在主磁极间加装换向极,使换向极产生的磁场与交轴电枢反应磁场抵消,以改善换向条件,并可适当降低由换向不利引起的噪声。但在永磁电动机中,却因为永磁材料的使用而带来问题。作为磁极,磁钢是产生恒定不变的磁通的源,但它本身的磁阻却很大。在永磁电动机中,一般作为换向极的磁钢,其产生的磁势大小基本恒定,难以对空载、负载时不同的电枢反应作出相应的有效补偿,因此起不到降低由换向不利引起的噪音的作用。在永磁电动机中,不论是以磁钢作定子或作转子,磁钢对铁心的齿槽效应不仅影响力学性能指标,而且也影响到噪声和振动。针对齿槽效应有两个办法:采用偏心气隙和人字形磁钢。偏心气隙既是削弱电枢反应磁场的办法,也能削弱由齿槽效应产生的交变力引起的噪声和振动。它使气隙磁密发生变化,使本来很快进入磁极的齿槽变成逐渐进入,减少了磁钢对齿槽间气隙磁密的突变,试验证明,效果比较明显,尤其是在高速时。人字形磁钢的目的也是为了使齿或槽逐渐地进入磁钢,过渡部分一般为一个齿距t(如图 1 所示) ,对降低磁噪声也有较明显的效果。通过试验发现,在永磁电动机中采用不均匀气隙对降低噪声比较有利。均匀气隙和两种不均匀气隙在空、负载时的电枢反应情况如图 2 所示。图 2b 是偏心气隙,气隙长度从磁钢中心线至极尖连续光滑增大,这样可有效抑制电枢反应引起的气隙磁场畸变,改善换向,也改善了磁钢因受电枢反应而产生的不可逆去磁现象。图 2c是磁钢尖端削角而其余部分气隙均匀的情况,圆弧两端各约六分之一长变成直线,实践证明两种情况都有效地抑制了电枢反应,偏心气隙有利于调速,但平均气隙磁密较低,而削角气隙比较好。(2)使电动机结构件的固有频率与旋转齿频偏离许多以磁振动噪声为主的电动机往往存在共振现象,避免共振效应可以大大降低电动机的磁振动噪声。要避免共振,除改变定子结构参数以改变固有频率外,还可以改变电枢齿数 z。值得注意的是,发生共振现象的可能是定子的共振,也可能是端盖、转子的共振,甚至是整机的共振。电动机的固有频率十分丰富,要完全避免共振是不可能的,主要是避免旋转齿频与固有频率的接近和吻合。一般至少应使机壳、端盖的固有频率偏离齿频120%以上,转轴的临界转速应高于额定转速 30%以上。(3)多槽小齿距设计和斜槽在电枢直径 D 一定的条件下,槽数的选择主要受到绕组形式、绕组对称条件及电动机效率的约束。电枢槽数增加一槽,换向片数增多,换向片距减小,换向区宽度变窄,减小了主磁场对换向元件的干扰;降低了片间电压;齿谐波磁密减小,则磁振动噪声、换向元件中的合成电势都减小;每极磁通减小,电枢铁心长度缩短。在满足电动机效率的前提下,采用多槽设计在降低磁振动噪声的同时会带来较多益处。斜槽式电枢使电动机气隙磁导变得均匀,削弱了齿谐波的有害影响,降低了齿槽效应引起的磁通脉动,既降低了磁振动噪声,也改善了电动机低速下的蠕动。通过实验表明电枢斜一个齿距降噪效果明显,约 10 dB。在磁钢的实际使用中,每块磁钢对铁心都存在磁拉力,若在整
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