電機噪聲的類別_分析方法以及防治措施的研究進展

1、T 綜 述echnical revie微特電機 2007年第 3期電機噪聲的類別分析方法以及防治措施的研究進展46收稿日期 :2006-08-03改稿日期 :2006-09-29電機噪聲的類別 、 分析方法以及防治措施的研究進展齊 輝 , 李永輝 , 段建剛(河北電機股份有限公司 , 河北石家莊 050021摘 要 :根據(jù)電機噪聲產(chǎn)生的原因 , 進行了系統(tǒng)分類 , 闡 述了各種噪聲產(chǎn) 生的分析 技術(shù) , 針對性地歸 納總結(jié)了降 低電機噪聲的行之有效的措施方法 , 進而可以有效 地提高電機制造的質(zhì)量 , 減少噪聲污染 , 改善生存環(huán)境。關(guān)鍵詞 :電機 ; 電磁噪聲 ; 機械噪聲 ; 空氣動力噪聲

2、 ; 防治措施中圖分類號 :T M 301. 4+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1004-7018(2007 03-0046-03Advances i n t he R esearch of Category , AnalyticalM et hodsand Counter m easures of Noises in Electric M otorQI H ui , LI Yong -hui , DUAN J ian -gang(Hebei E lectric M o tor Co . , LTD , Sh ijiazhuang 050021, Ch i n aAbstract :Bas

3、ed on the ana l ys i s o f a ll the reasons to g enerate no i ses in e l ectromo tors , the no ises w ere c l assifi ed i n deta i. l Subsequen tly , the correspondi ng ana l y tica lm e t hods w ere expatiated . A nd the ava ilab l e counter m easures w ere su mmed up i n order to lo w er the no is

4、es caused by the electr ic mo tors . A ll above -m en tioned resu lts ava iled to enhance the qua lit y o f the e lectric m ach i ne and reduce t he po ll uti on caused by no i se , i m prove surv ival env iron m ent .K ey words :electro m oto r ; e l ectrom agnetic no i se ; mechan i ca l no i se ;

5、 a ir dynam ic no ise ; m easures1電機噪聲的類別自 1940年 , 新材料的引進有助于修改感應(yīng)及同步電機的設(shè)計 , 對電機中噪聲源的識別以及對噪聲的消除與減小問題 就成了熱門的課 題 1。電機 噪聲主要由電磁、 機械、 通風(fēng)等三種原因產(chǎn)生。相對應(yīng)地可以將電機噪聲分為三類 :電磁噪聲、 機械噪聲、空氣動力噪聲等。電磁噪聲為電機空隙中的磁場脈動 , 引起定子、轉(zhuǎn)子和整個電機結(jié)構(gòu)的振動所產(chǎn) 生的一種低頻 噪聲 2。其數(shù)值大小決定于電磁負(fù) 荷與電機的設(shè) 計參數(shù)。電磁噪聲主要是結(jié)構(gòu)噪聲 , 分為 :恒定電磁噪聲 3、 與負(fù)載有關(guān)的磁噪聲等 , 主要原因是由于定、轉(zhuǎn)子槽的

6、配合不當(dāng) , 定、 轉(zhuǎn)子偏心或氣隙過小以及長度不一致等。機械噪聲是電機運轉(zhuǎn)部分的摩擦、 撞擊、 不平衡以及結(jié)構(gòu)共振形成的噪聲。機械原因引起的噪聲種類很多 , 也很復(fù)雜。噪聲源主要有 :自身噪聲源 , 負(fù)載感應(yīng)噪聲源 , 輔助零部件的機械噪聲源。歸結(jié)為加工工藝、 加工精度、 裝配質(zhì)量等問題產(chǎn)生。一般是由電刷與換向器、 軸承、 轉(zhuǎn)子、 通風(fēng)系統(tǒng)等產(chǎn)生。據(jù)此可將機械噪聲分為 :電刷噪聲、 軸承噪聲、 風(fēng)扇噪聲、 負(fù)載噪聲等?？諝鈩恿υ肼暿请姍C轉(zhuǎn)動時 , 風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子上某 些凸出部位使得空氣產(chǎn)生沖擊和摩擦所形成 , 其大 小主要決定于其風(fēng)量及風(fēng)壓大小。在高速運轉(zhuǎn)情況 下 , 此項噪聲所占比例較大?？諝鈩?/p>

7、力噪聲是電機 噪聲的主要部分 , 約占 75%, 主要有渦流噪聲和笛 鳴噪聲兩種。一般電機 常采用離心式或 軸流式風(fēng) 扇。2電機噪聲的分析方法電機的噪聲是不同頻率、 不同聲強噪聲的疊加 體 , 這種混雜的噪聲甚至高達(dá) 110dB 以上 , 會影響 操作人員的身體健康 4。在強抓環(huán)保 , 維護健康的 今天 , 及時發(fā)現(xiàn)噪聲源 , 對噪聲進行分析和辨別 , 以 采取相應(yīng)的措施顯得尤為重要。本節(jié)將對噪聲的分 析方法作一較詳盡的描述。2. 1切斷電源法利用電磁噪聲隨磁場強弱、 負(fù)載電流大小以及 轉(zhuǎn)速高低而變的特征 , 對空載運行的電機靜聽一段 時間后突然切斷電源。隨著電源的切斷 , 部分噪聲 會立即消

8、失 , 此為電磁噪聲。停電后電機借慣性繼 續(xù)運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲則為機械噪聲。反復(fù)數(shù)次以期得 到確定的噪聲源 4, 5。2. 2改變電壓法利用電磁噪聲隨電流大小而改變的特點 , 將電 源電壓急速下降至一定限度 (轉(zhuǎn)速無較大變化 時 , 如果電磁噪聲是電機噪聲的主要部分 , 則會隨電壓微特電機2007年第 3期T綜 述 echnica l revie 電 機 噪 聲 的 類 別 分 析 方 法 以 及 防 治 措 施 的 研 究 進 展47變化很大 , 而其它噪聲基本不變。對于高壓起動 , 常 壓工作的電機此法非常實用 , 電機在同步后如從高 壓轉(zhuǎn)換為常壓 , 電機噪聲明顯減弱的部分為電磁噪 聲。如果

9、電機噪聲沒有明顯變化 , 則電機所產(chǎn)生的 噪聲主要為其他噪聲 6。2. 3電流測試法若定子繞組不對稱或內(nèi)部斷相、 匝間短路 , 則三 相電流不平衡 ; 若轉(zhuǎn)子斷籠或繞線轉(zhuǎn)子三相繞組不 對稱 , 則定子電流有波動 , 以此鑒別出電磁噪聲。 2. 4拖動法用低噪聲電機拖動被試電機旋轉(zhuǎn) , 提起及放下 電刷數(shù)次 , 可鑒別出電刷對噪聲的影響。對于空氣 動力噪聲具有 穩(wěn)定的特征 , 可以通過 取下風(fēng)扇 (小 型電機 或外鼓風(fēng) (大、 中型電機 前后噪聲變化的 情況來鑒別。另外 , 更換不同外徑和型式的風(fēng)扇 , 在 不同轉(zhuǎn)速下區(qū)分噪聲的差別 , 也可鑒別出空氣動力 噪聲。以上四種方法主要是在缺少專用噪聲

10、測量設(shè)備 的情況下鑒別噪聲源的方法。簡單易行 , 在早期的 噪聲判斷和防治中起著非常重要的作用。隨著科技 的創(chuàng)新和不斷進步 , 對噪聲的判斷有了一些專屬的 工具 , 使得電機噪聲的判斷更加準(zhǔn)確、 有效。目前 , 一些針對性的分析測試技術(shù)也應(yīng)用在了電機噪聲的 判斷上。通常 , 電機噪聲測量可以使用一個模擬型的或者數(shù)字型的聲級儀表來獲得讀數(shù) 17。這些儀表直 接輸出以分貝為單位的讀數(shù) , 測量一些標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī) 定的電機周圍一些位置上的噪聲會得到很可靠的結(jié) 果。只有正確校準(zhǔn)噪聲測量設(shè)備并有大量測量點 , 而且在消音室內(nèi)進行噪聲測量 , 才可能獲得精確的 電機噪聲 (測量 結(jié)果。如果沒有消音室 , 那么

11、在測 量環(huán)境噪聲并對其校正之后 , 可以在普通的大房間 內(nèi)進行測量。這種方法可以對電機噪聲進行整體測 量 , 得到大致的噪聲貢獻(xiàn)范圍。其中測試手段主要 有聲壓法和聲強法等。最初 , 噪聲聲功率級測試方法是基于聲壓法測 量的。國內(nèi)對電機噪聲的測試分析 , 是依據(jù)國家標(biāo) 準(zhǔn) 旋轉(zhuǎn)電機噪聲測定方法及限值 進行的 , 該法采 用 五點 聲壓測量 , 通過對背景噪聲以及環(huán)境反射 的修正后 , 來計算平均的聲壓級。對測試的聲學(xué)環(huán) 境要求很高 , 因此 , 在一般現(xiàn)場條 件或者帶載狀 態(tài) 下 , 對電機進行的噪聲評價以及在近場對電機表面 聲源特性進行研究 , 聲壓法顯然無法得到比較準(zhǔn)確 的結(jié)果 , 是不適用

12、的。在現(xiàn)場對負(fù)載電機進行噪聲 測試時 , 現(xiàn)場聲學(xué)環(huán)境往往非常惡劣 , 采用傳統(tǒng)的聲 壓法顯然是行不通的8。與聲壓級法相比 , 在 20世紀(jì) 70年代末至 80年 代初 , 隨著 電子計算機 及數(shù)字技 術(shù)應(yīng)用到 聲學(xué)領(lǐng) 域 , 日益成熟的聲強法就顯示出其優(yōu)越性了。該法 根據(jù)高斯定理 , 在對一個設(shè)定封閉空間內(nèi)聲能流進 行測量時 , 可以排除該設(shè)定空間外的干擾源的影響。 因此采用聲強法進行測量時 , 能夠在一般的現(xiàn)場條 件下對電機空氣動力噪聲進行測定 , 而無需較高要 求的聲學(xué)環(huán)境。聲強技術(shù)能夠在惡劣的現(xiàn)場聲學(xué)環(huán) 境中對電機噪聲聲功率級進行準(zhǔn)確的測量 , 同時為 電機負(fù)載運行下 的噪聲測試提供了

13、有效 的測量手 段。通過對電機表面聲強分布特性的研究 , 可以判 斷電機表面的主噪聲源及其產(chǎn)生根源 , 從而為設(shè)計 者提供有效并且精確的設(shè)計改進區(qū)域。此技術(shù)在電 機行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。但是 , 聲強法發(fā)展的 最大障礙是比較費時 , 由于測量時包絡(luò)面點數(shù)較多 , 實時處理速度較慢 , 不能象聲壓法那樣馬上給出結(jié) 果。如何在保證精度的前提下 , 盡量減少測量點數(shù) 已成為聲強 法發(fā)展的 關(guān)鍵 ; 目前 , 已經(jīng)形 成 五點 法 的聲強測量技術(shù)910。為了解決電機及其驅(qū)動系統(tǒng)在制造加工時形成 的噪聲源 , 還有一種新方法是采用頻譜分析 (FSA , 它是由噪聲變?yōu)殡娦盘柕脑捦病?放大電信號至所需

14、程度的前置放大器和專為分析信號用的電腦組成。 軟件用于監(jiān)視模擬信號及實現(xiàn)快速的傅立葉變換 , 以給出噪聲的頻譜分布 , 易于對固有的噪聲源進行評估 11。最近 , 還有研究者提出了利用小波分析的方法 , 通過比較兩種信號的小波系數(shù)的模極大值并將其消 除 , 將消噪后小波重構(gòu) , 得到消噪后電機噪聲。通過 現(xiàn)場采集的噪聲的計算表明 , 利用小波分析的時頻 可變分辨率 , 較好地消除了現(xiàn)場電機噪聲測試中頻 繁出現(xiàn)的具有隨機性的環(huán)境沖擊噪聲12。3電機噪聲的防治措施運行中的電機 , 其噪聲受多種因素的綜合影響。 除因使用年久、 構(gòu)件陳舊引起故障而產(chǎn)生噪聲外 , 電 機結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)與否

15、, 直接影響到 噪聲的大小。降低電機噪聲的方法有兩種 , 一種是從源頭上 減少噪聲的產(chǎn)生 , 另一種是把噪聲封閉起來 , 不讓它 們向外傳播 , 如在電機上裝有消聲器、 防聲罩等 , 采 取吸聲、 消聲、 遮聲等辦法。杜絕或減少產(chǎn)生噪聲的 源頭則從根本上解決或降低電機噪聲 , 但是 , 目前它 受到造價和技術(shù)等方面的限制1315。電磁噪聲和空氣動力噪聲主要從合理的設(shè)計著 手來減小。電磁噪聲是由于氣隙的高次諧波磁通密T綜 述 echnical revie 微特電機 2007年第 3期電 機 噪 聲 的 類 別 分 析 方 法 以 及 防 治 措 施 的 研 究 進 展48度產(chǎn)生的徑向力作用所致

16、, 其力的大小與磁通密度 的平方成正比。減小噪聲的顯著方法是通過增大氣 隙來減小磁通密度。為了降低高次諧波磁通密度的 影響 , 一般情況下都做成狹窄的槽口或閉口槽。使 用磁性槽楔降低磁通密度也是很有效的辦法。在小 電機中定子或轉(zhuǎn)子斜槽減小了其平均徑向力 , 很大 程度上降低了噪聲 , 而在大電機中 , 這可能會導(dǎo)致扭 振 , 而使噪聲增大。斜槽也有助于消除感應(yīng)電機中 的堵轉(zhuǎn)與爬行。實驗已經(jīng)表明轉(zhuǎn)子斜槽大約是一個 定子槽距可產(chǎn)生減小噪聲與振動的最佳效果。雖然 減少了電磁力的作用 , 如果定子鐵心等的固有振蕩 頻率和電磁力的頻率相同 , 則會產(chǎn)生共振 , 適時噪聲 也是非常 大的。所 以采 取相應(yīng)

17、 對策避 開這個 共 振 是非常重要的。由轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的磁噪聲可以 通過使用定子繞組中的并聯(lián)路來減小?？諝鈩?力噪聲的控制 有多種方法。其中主 要 是 :電機的冷卻由空氣冷卻改為水冷 ; 改變風(fēng)扇葉片 形狀 ; 安裝消聲器。第一種方法降噪效果較好 , 但是 施工比較復(fù)雜 , 投資較高 , 生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)比較困難。 第二種方法降噪量較低 , 一般只有 35dB , 環(huán)境效 果不明顯。目前常用的是第三種方法。消聲器同時對電磁噪聲的傳播有時也有一定的抑制作用 16。要進一步降低電機噪聲 , 還要根據(jù)各自廠家的 材料性質(zhì)、 軸承質(zhì)量和零部件加工精度等確定本廠 的加工工藝方案。從工藝角度 , 主要從裝配角

18、度如 何消除由軸承質(zhì)量和裝配等引起的機械噪聲。(1 選用高質(zhì)量的軸承。軸承與轉(zhuǎn)軸或軸承與 軸承座之間的配合應(yīng)適當(dāng) , 并控制好軸承熱套時的 溫度及時間。不允許有碰傷、 劃傷、 壓坑、 針孔和劃痕等缺陷及多余物。不同種類的軸承 , 需按其安裝 工藝的要求安裝。減少由于多次裝卸軸承 , 導(dǎo)致軸 承的配合力減少 , 引起的振動產(chǎn)生的噪聲。(2 轉(zhuǎn)子動平衡不好是電機機械噪聲的主要來 源 , 所以要提高轉(zhuǎn)子的動平衡檢驗精度 , 盡量減少偏 心的影響。以減少由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均所生產(chǎn)的機械 振動 , 降低電機的噪聲。(3 詳細(xì)檢查電機的假間隙 , 其也是生產(chǎn)噪聲 的來源之一 , 在裝配后憑借工人的經(jīng)驗對電機進

19、行 間隙的檢查 , 是電機裝配過程中非常關(guān)鍵的步驟。(4 潤滑油選用合適且無雜質(zhì) , 裝配前必須對 電機所用潤滑油進行過濾處理。潤滑油的粘度大 , 噪聲低 , 這也是一個減少電機噪聲的有效方法。4結(jié) 語在電機的噪聲問題受到廣泛關(guān)注的今天 , 為了有效地降低和控制電機噪聲污染 , 必須全面熟練地 掌握各種噪聲的具體形成因素、 類別、 監(jiān)測和診斷 , 以便能夠 對癥下藥 , 采取較為行 之有效的措施。 生產(chǎn)廠家除了在生產(chǎn)過程中把好質(zhì)量關(guān)以外 , 還必 須對生產(chǎn)過程中的工藝質(zhì)量進行嚴(yán)格把關(guān) , 為消滅 噪聲構(gòu)筑人類安寧的生存環(huán)境作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn)1 R. 克里史 南 , 曹秀 萍 (譯 .

20、電 機噪 聲識 別與 減小 技 術(shù)述 評C .電機譯文集 , 2000, 70:56692 王愛玲 , 王軍華 . 電機噪聲分析 與降噪措 施 J.平頂山工 學(xué)院學(xué)報 , 2005, 14(3:51523 W. R. 芬雷 , 劉生 (譯 . 異步電機噪聲產(chǎn)生的原因及處理方法J.起重冶金電機 , 1994, (1:45494 吳衛(wèi)華 , 陳吉芳 . 淺談電機噪 聲的形成 及實際控 制方法 J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 , 2003, (3:45465 W. R. 芬雷 , 崔國勛 (譯 . 異步電機噪聲產(chǎn)生的原因及處理方法 (續(xù) J.起重冶金電機 , 1994, (2:3441, 336 高延華 . 淺談磁滯同步電機噪聲的形成和控制方法 M.江南航天科技 , 2005, (1:30327 李香蓮 . 用精密