浅谈电机的电磁噪声

摘要：简要介绍了电磁噪声产生的原因和降低电磁噪声的主要措施。

关键词：电磁噪声电磁振动途径

噪声是衡量电机质量的一项重要指标，在设计时应予以充分考虑，电机制作完成后，一旦存在电磁噪声就很难解决。

1 产生原因

电磁噪声来源于电磁振动，电磁振动则由电机气隙磁场作用于电机铁心产生的电磁力波所引发。当电磁力波的频率及其阶次与定子对应的固有频率及其模态阶次接近或一致时，电机将发生共振效应，此时，电机的电磁振动和电磁噪声将特别明显。可见，要想控制电磁噪声应从降低电磁力波的幅值或避免电磁力波的产生两个方面着手。在感应电机中，电磁力波可沿铁心的径向、切向和轴向引起振动力波，其中径向力波起主要作用。径向力波的阶次越低，铁心产生弯曲变形的相邻两支点问距离就越长，径向变形也越大。定子铁心变形量与力波阶次的四次方成反比，与力波幅值成正比，故幅值较大的低阶次径向力波是引起电磁噪声的主要根源。此外，应特别注意的是当径向力波频率与定子铁心和机座的固有振动频率接近或相同时，会发生共振，此时铁心振动和辐射将大大增加，噪声也增大。电磁力波的阶次n越低，振动力波的幅值越大，电磁噪声越大，所以在电机设计时应尽量减小低阶径向电磁力波的幅值，设法使低阶径向力波的频率避开定子的固有频率，最好能够避免低阶径向力波的产生。

异步电机气隙中主要力波的阶数为n={uz±yz}，图1表示不同阶次力波所产生的定子模态。

式中：uz一转子绕组磁动势中齿谐波次数；yz—定子绕组磁动势中齿谐波次数。

 n=0是环的整个表面在均匀径向力的作用下作等幅径向振动

n=1是在定、转子铁I问吸力的作用环不变形而作变位振动

N=2，3，4…是在径向力波的作用环产生椭圆形或多瓣梅花形振动

图1 不同阶次力波的定子模态

因此，限制低阶力波的产生，提高结构件刚度和阻尼特性便是降低电磁噪声的主要措施。

2 降噪途径

2．1 槽配合

槽配合影响异步电机的附加转矩、附加损耗、电磁振动和电磁噪声，它的选择很难，往往因顾此失彼而产生较大的电磁噪声。

考虑定、转子槽配合之后，气隙中主要的电磁力波阶数和频率分别为：

 式中：k1，k2=±1、±2、±3…；k=O、1、2，…为使力波的n≠0、1、2、3，必要时还需使n≠4、5，要选择适当的定、转子槽数zl和z2。

按上式算出力波频率厂后，应与固有振动频率相比较，二者不要接近。若固有振动频率难以精确地求得，则需使z1和z2选择满足以下两个不等式，也能避开固有振动频率而免于发生共振。

上述要求均能满足的zl和z2，即为从降低电磁振动和噪声角度出发，筛选出的较佳的槽配合Z1/Z2。

2．2 采用斜槽

斜槽可使径向力波沿电机轴向的轴线发生相位移，使得沿轴向的平均径向力降低。斜槽分为定子斜槽和转子斜槽两种方式，但是不管采取哪一种，效果都是一样的。由于定子斜槽生产制造不是很方便，所以在高压电机中，目前均采用转子斜槽方式。转子斜槽的角度为沿转子表面斜一个定子的齿距。

对于100kW以下的笼型异步电机，斜槽是降低噪声的有效措施。功率再大，特别是大于500kW的电机，因笼条之间要产生较大的横向电流，所以转子斜槽就未必有利。

转子斜槽后，噪声降低的数值DL可用下式计算：

Ksk一斜槽系数

bsk一沿转子外圆扭斜弧长；

t2一转子齿距；

μ一转子绕组谐波次数；

z2一转子槽数。

若为定子斜槽，将Ksk公式中的μ、Z2、t2用γ、Z1、t1代入即可。

由于这种斜槽容易引起附加轴向力，且在消除同步附加转矩和切向振动上不够彻底，近年来在中小型异步电机上，又有采用‘‘人字斜槽”的趋势。

2．3 提高制造精度

制造精度不佳造成的定、转子不同心有两种情况：一是定、转子中心偏移，即在电机运行时，电机转子中心位置不变，称为静偏心即气隙不均现象；二是转子与转轴偏心，即在电机运行时，电机转子中心位置始终在变化，称为动偏心(转子内圆与转子外圆不同心现象)。

定、转子偏心产生的力波主要是1阶力波，1阶力波属低阶力波，对电磁噪声的影响最大。

2．4 降低气隙及轭部和齿部磁密

径向力波的幅值与气隙磁密的二次方成正比，也就是说气隙磁密越高，径向力波的幅值越大，电磁噪声越明显。

轭部和齿部磁密过高，会产生磁路饱和现象，会使气隙主磁场分布波形呈平顶状。这种平顶波形会产生低阶力波，力波的阶数与电机极对数有关，如果有这种情况的话，0阶、1阶和2阶力波都有可能产生。

2．5 缩小定、转子槽口宽度或采用闭口槽

在空载或轻载的情况下，异步电动机转子采用闭口槽有利于降低电磁噪声，但随着负载增加，转子电流也增加。转子磁势谐波和气隙磁场相互作用产生的磁通比电机合成磁动势和转子齿磁导相互作用所产生的磁通大，同时转子闭口槽桥拱处由于饱和会出现等效槽开口，因此不可能单靠采用转子闭口槽彻底解决噪声问题。

磁性槽楔可以减少气隙磁导谐波，能降低电机的振动和噪声。

2．6 绕组节距

从降低噪声角度出发，应优先考虑采用双层绕组及正弦绕组，设法减少其磁动势波形中的谐波含量，降低力波幅值和噪声。由于三相绕组中不存在3次谐波，起作用的主要是5次谐波和7次谐波，从兼能消除5次和7次谐波出发，一般节距选择为整距的5／6倍。

2．7 接线方式

严格控制转子断条或铸铝缺陷，充分考虑磁场的对称性问题，如果磁场不对称，会使转子产生次谐波。当转子次谐波的极对数与主波磁场的极对数相近时，将产生1次力波，电磁噪声将加剧。设计时应尽量使并联路数等于极数，但对于大级数电机，会给接线带来麻烦，所以对于采用并联路数小于极数的定子绕组，在串联每路绕组时应采用隔极相连的接法。

2．8 齿槽效应

齿槽效应越低，电动机转动越平稳。转子中的磁体切割定子齿时，会产生磁拉力。当磁拉力从一个齿转到另外一个齿时，磁拉力推动或阻止转子转动，使它有规律的加速或者减速。电动机转动不平稳，会引起速度和转矩脉动、效率下降，并产生振动和噪声。速度脉动是指全过程内的速度变化或者速度波动；而转矩脉动则描述了全过程内的转矩变化，槽中如为铜绕组，此现象更明显。从一个齿到另外一个齿的不平衡拉力，也会在转子中产生径向偏差，并按所产生的齿槽效应的强弱，发出相应幅度的电磁振动和电磁噪声，这种情况在无刷电机中表现最为明显。在保证满足基本性能要求情况下，可通过调整相关参数、气隙、磁场强度或者其它参数，来减弱齿槽效应。对成品电机，调整气隙是最方便的，降低气隙磁密便可大幅度地降低电磁噪声，只不过需牺牲其它性能。

3 结语

电机的噪声是衡量电机质量的一项重要指标，文章叙述了电磁噪声产生原因和降低电磁噪声的主要措施，但这些措施相互问互为影响，要在全面权衡电机性能指标的基础上恰当选取。

作者：王洪彬 崔金德 柏文冉 

作者单位：佳木斯电机股份有 限公司 (154002)

来源：电机技术