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毕业论文:高速永磁发电机减振降噪方法研究

发表时间:2013-9-16 6:39:24


大学毕业设计(论文)
题 目 高速永磁发电机减振降噪方法研究
院(系) 信息科学与工程学院 
专 业 电气工程及其自动化

摘 要

电机的振动和噪声是评价电机性能的一项重要指标。而且,电机噪声不仅可对电机的安全运行产生影响,严重的还可导致电机损坏。本文首先对电机的振动及噪声进行了总体分析;然后从电磁噪声、通风噪声、机械噪声三个方面分析了电机噪声产生的原因,并根据噪声产生的机理,从槽型、槽配合、极弧系数、安装工艺、转子平衡及风扇等多方面讨论了降低电机噪声的措施,并举例论证了其正确性;最后按降噪措施分类,并用产生式规则描述了降低噪声的方法,为开发电机减振降噪提供了专家知识库来源。

关键词:电机;振动;噪声;减振降噪;知识表达。


ABSTRACT

The vibration and the noise of motor are important indicators to evaluate motor performance.Moreover,the noise of motor can not only impact the safe operation of the motor but also can lead to serious motor damages.Firstly,this paper gives overall analysis of the vibration and the noise of the motor;Then,it analysis the causes of motor noise from the three aspects of electromagnetic noise,ventilation noise,mechanical noise.And according to the mechanism of noise generation,in some aspects, such as the groove,the groove cooperates,the pole arc coefficient,the installation process,rotor balancing,fan and so on, and we discuss the measures to reduce the noise,and this papers gives examples to demonstrate its correctness. Finally,to classify the methods by the measures of noise reduction, and with the production rules describing the measures of noise reduction,which provides the source of expert knowledge base for the development of motor noise and vibration reduction.

Key Words:Motor,Vibration,Acoustic noise,Noise and vibration reduction,Knowledge representation.


目 录

摘 要 I
ABSTRACT I
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 电机振动和噪声 1
1.3 本课题主要工作 2
第二章 电磁噪声 4
2.1 电磁噪声概述 4
2.2 电磁噪声产生的原因 4
2.3 降低电磁噪声的方法 5
2.3.1 减小齿槽引起的转矩波动 6
2.3.2 减小电机运行时电磁转矩波动 10
2.3.3 减小工艺原因引起的转矩波动 13
2.3.4 减小控制器引起的转矩波动 16
2.3.5 降低电磁噪声的其他方法 17
2.4 本章小结 17
第三章 通风噪声 18
3.1 通风噪声概述 18
3.2 影响通风噪声的因素 18
3.3 降低通风噪声的方法 19
3.3.1 从声源控制通风噪声 19
3.3.2 在传播过程中控制通风噪声 22
3.4 本章小结 25
第四章 机械噪声 26
4.1 机械噪声概述 26
4.2 机械噪声产生的原因 26
4.3 降低电机机械振动和噪声的措施 27
4.3.1 降低电机轴承噪声 27
4.3.2 降低电机端盖噪声 32
4.3.3 降低电机转子动平衡引起的噪声 33

4.3.4 降低机械噪声的其他方法 34
4.4 本章小结 34
第五章 用产生式规则表达方法表示减振降噪的措施 36
5.1 产生式规则表达方法概述 36
5.2 用产生式规则表达方法表示减振降噪的措施 36
结语 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
附录一 用产生式规则表示减振降噪措施 41
附录表一 推荐槽配合附录表 49
附录表二 常见消声器分类表 55
附录表三 吸声材料吸声系数表 55



第 一 章 绪 论

1.1 研究背景及意义

现代环境保护法对各种噪声指标作了严格的限制。自70年代以来,“噪声”便被列为电机的主要技术指标之一。而在市场竞争中,电机噪声更是电机的品质指标及优等价格的依据。电机所发出的异常噪声可以判断电机内部是否有零件损坏。电机噪声轻则可对电机的安全运行产生影响,严重的可导致电机损坏,更甚者可造成安全事故及较大的经济损失。另外,长期在充满噪声的环境中工作和生活,易影响人的神经系统,而使人急躁、易怒、影响睡眠,从而降低工作质量及工作效率。当今,噪声已是社会公认的三大污染源之一,然而电机噪声是噪声污染的最大声源之一,电机广泛的在人们的日常生活及生产中引用,与人们的生活有着密切联系。随着社会的不断进步,人们对噪声污染的意识也逐渐增强,降低噪声已经是摆在人们面前的一项重要课题。
我国电机技术的标准中,“噪声”指标偏低,同国际先进水平差距较大。此外,我国电机噪声实际情况因不同产家而有所差异,与标准技术指标还有一定的差距。这种情况不但不适应国内的需要,在国外市场上更无竞争能力,这已成为我国电机制造业发展过程中急待解决的问题。
电机噪声的研究国外进展较早,国内到1970
……(新文秘网http://www.wm114.cn省略4300字,正式会员可完整阅读)…… 
1 斜槽降低噪声声级(dB)
极数 2极 4极 6极 极数 2极 4极 6极
转子结构 转子结构
半闭口直槽 56 48 47 闭口直槽
47 50.5 45
半闭口斜槽 37 33 39 闭口斜槽 29 26 34
噪声降低值 19 15 8 噪声降低值 18 24.5 11
由表可见,电机转子采用斜槽可有效降低电机电磁噪声。但当转子斜槽很大时虽对电机电磁噪音的降低有效但对电机的起动转矩、功率因数、温升影响较大。一般,转子斜一个定子槽距,既能有效地降低电机的电磁噪音,对电机性能影响又很小。
斜槽、斜极可使产生的齿槽转矩波动相互抵消。一般,采用定子斜一个齿距或永磁磁极斜过与一个定子齿距相同的角度,但斜槽或斜极对电机基波也有削弱,特别是电机每极每相槽数较少时,对反电动势系数的影响较大,具体可通过斜槽系数的公式来计算。
三、选择合适的绕组型式
(1)分数槽绕组
在现代永磁同步电机设计中,分数槽绕组在其利用率、性能和工艺等各方面的特点使其获得到广泛应用。电机采用分数槽绕组后,其磁场谐波波谱比整数槽的谐波波谱要密得多,这使电机内产生较多的力波次数小于4次的径向力波,加大了电机的振动和噪声。故为了减小永磁电机的电磁噪声,应合理的选择电机的极槽配合,且要选择合适的极弧因数,以降低谐波磁场中各次谐波的幅值。
分数槽绕组能较好的降低齿槽转矩脉动引起的噪声,但分数槽绕组也减小了电机的平均电磁转矩,其对方波型无刷直流电机反电动势的平顶宽度影响很大,从而产生电磁转矩脉动。
表2-2为不同极槽配合时电磁噪声的声级值。分析表明,槽极比的合理选择,对电磁噪声的降低有良好的效果。分数槽不能抵消的最低次谐波为槽数及极数的最小公倍数次谐波。如8极9槽电机,不能消除的最小谐波次数是72次,也即齿谐波基波的8次谐波,而齿谐波基波以及2~7次谐波都已被抵消;8极12槽电机不能消除的是24次谐波,即齿谐波的2次谐波,显然这种选择对齿谐波的削弱不及前者。
表2-2 不同极槽配合时电磁噪声声级值(dB)
极槽配合 计算噪声值(dB) 实测噪声值(dB) 相对误差(%)
8极 9槽 71.44 70 2.01
8极 36槽 55.76 59.6 6.44
8极 48槽 54.14 50.7 6.79
(2)绕组型式
方法一:选择合适的绕组型式和并联路数。
一般,优先选用双层短节距绕组或是正弦绕组,其双层部分节距应选在5/6—4/5之间,以削弱气隙磁场中影响较大的5次、7次谐波。在三相电机中,若磁场不对称,易产生额外的电磁噪声,对此可采取增加并联路数和线圈间加均压线来削弱此噪声。
方法二:选择合理的定子绕组并联支路
采用并联支路的绕组对降低噪声通常有一定的效果,但并不总是如此。有利的接法:每相所有极相组并联或每相两路并联,径向相对的极相组并联。
每一对极相应在两端用均压线连接在一起。若存在偏心,因径向相对的极相组电抗不同而在均压线上引起均衡电流,而削弱了偏心的有害影响。
四、辅助槽法

辅助槽法即在电机铁心有效表面设置辅助槽,从而提高齿槽转矩波动的基波次数的方法。图2.2所示为电机设置辅助槽的示意

图。对于图2.2,转子极数为2,定子槽数为3,齿槽转矩的基波次数为6。在定子凸极上开设辅助槽后,使新的定子槽数为15,此时齿槽转矩的基波次数为30,提高了5倍,其齿槽转矩幅值必然下降,高次谐波的幅值就下降得更多。





图2.2 带辅助槽的电机

采用虚拟槽的方法消除齿槽转矩,但其并不总是会产生一个减小的齿槽转矩,为了获得减小的齿槽转矩,必须遵守以下基本规则:在一个定子齿上开槽口数 的选择必须满足: 与 的最大公倍数为1,即应当避免 。

五、选择最优极弧系数
通过改变极弧宽度来改善齿槽转矩脉动的同时,会加大电磁转矩脉动。因此,想选取一个特定的极弧系数以同时降低两种转矩脉动是不可能的。大多情况下是采取一个折衷办法来降低总的转矩脉动。
削弱齿槽转矩的基波幅值所选的最优极弧系数公式为:

为了尽量提高气隙磁密,从而增大电磁转矩,最优极弧系数在满足上式的同时,取值越大越好,因此实际中一般采用 。
以上各方法在设计时应全面考虑,它们大多会影响电机输出转矩的大小。如斜槽和斜极、减小气隙磁密、增大气隙、选择最优极弧系数等都能使电磁转矩降低;减小槽口宽度、增加磁性槽楔将给工艺带来困难;分数槽绕组设计及无槽结构虽有较多优点,但一般用在小功率的电机中。


2.3.2 减小电机运行时电磁转矩波动

一、选择较大的气隙长度
因电机定子铁芯中有嵌放线圈的沟槽和供通风用的通风沟,铁心端部存在端部效应等原因,故气隙磁场中除基波成分外,还有高次谐波存在。这些谐波产生的径向力波将引起噪声。增大气隙可使高次谐波大大衰减,从而可降低电磁噪声。
在选择气隙长度时,为比较转矩波动,需要保持气隙磁密幅值不变,所以永磁体磁化方向的长度得相应变化,但永磁体宽度要保持不变。表2-3为电机不同气隙长度的转矩波动和电磁噪声对比,可见,随着气隙的增加,转矩波动将逐渐降低。但永磁体磁化方向的长度也随之增加,增加了电机的成本。
表2-3 8极18槽电机不同气隙长度的转矩波动和电机噪声对比
气隙长度/mm 永磁体磁化方向长度/mm 转矩波动/% 计算电机噪声值/dB
2.5 3 3.03 62.99
3 3.8 2.71 61.39
3.5 4.7 2.4 60.88
4 5.7 2.1 59.82
气隙选择大一些,电磁噪声明显降低。当然气隙值不是越大越好。例对同步电机来说,气隙选得太大一方面电机漏电抗及瞬态电抗将变小,从而使起动电流增大,暂态保护困难;另一方面使励磁安匝数增大,进而转子用铜量增加,提高了电机制造成本。
二、选择合适的极弧系数
选择极弧系数时,为保持气隙磁密的幅值不变,气隙长度及永磁体宽度要相应变化,而永磁体磁化方向的长度保持不变。表2-4~2-5为不同容量8极18槽电机在不同气隙长度下的电机噪声比。
表2-4 1kW和1.5kW8极8槽电机不同极弧系数的转矩波动的对比
极弧系数 气隙长度/mm 永磁体宽度/mm 转矩波动/%
电机(1kW) 电机(1.5kW)
0.7 2.45 32.9 3.75 4.28
0.75 2.47 35.3 2.24 2.66
0.8 2.48 37.7 2.35 2.98
0.83 2.5 39.1 3.03 3.56
0.85 2.51 40 3.23 3.81
表2-5 2.8kW和4.4kW8极8槽电机不同极弧系数的转矩波动的对比
极弧系数 气隙长度/mm 永磁体宽度/mm 转矩波动/%
电机(2.8kW) 电机(4.4kW)
0.73 2.49 34.383 3.95 4.2
0.76 2.5 36 2.02 2.25
0.8 2.52 37.68 3.37 3.78
通过比较可知8极18槽电机极弧系数选择在0.75-0.76时,转矩波动最小。
三、选择合适的削角
在1kW8极18槽电机削角的选择时,保证气隙磁密的基波幅值不变。极弧系数选择0.83、0.8、0.75时,不同削角的转矩波动如表2-6所示。
表2-6 8极18槽电机在不同极弧系数时不同削角的转矩波动对比
h/
mm 削角/° 极弧系数0.83 极弧系数0.8 极弧系数0.75
波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动%
h=0 0 26.053 3.03 23.5 2.35 26.853 3.03

h=1 30 24.96 2.82 23.711 2.09 27.89 3.32
45 24.509 2.62 22.612 1.67 27.01 3.24
60 23.894 2.4 17.85 1.04 26.088 3.04

h=2 30 23.565 2.39 22.21 1.56 — —
45 22.346 1.45 23.11 1.88 — —
60 19.943 1.25 23.987 2.4 — —
从表2-6可见,当极弧系数选择0.83时,削角在1mm的30°、45°、60°和削角在2mm的30°45°、60°时转矩波动都是逐渐降低的。极弧系数选择在0.8时,只在lmm的30°、45°、60°是逐渐降低的,2mm的30°、45°、60°时,转矩波动反而增加。极弧系数选择在0.75时,虽然1mm的30°、45°、60°的转矩波动逐渐降低,但是它们的转矩波动都比没削角时大。
表2-7为0.9kW8极36槽在不同极弧系数下不同削角的转矩波动对比。由表可见,极
弧系数选0.8时,削角在lmm的30°、45°、60°和削角在2mm的30°、45°、60°时转矩波动都是逐渐降低的。而极弧系数选择在0.75时,削角只在1mm的30°时转矩波动是降低的,其余的都是在增加。说明并不是所有削角都能降低转矩波动的,只有极弧系数、h和削角的最优选择时,削角才能降低转矩波动。对比这两种电机,得出极弧系数选择0.8时,削角在1mm的30°、45°、60°都是降低的。
表2-7 0.9kW8极36槽不同极弧系数不同削角的转矩波动对比
h/
mm 削角/° 极弧系数0.8 极弧系数0.75
波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动%
h=0 0 21.2 2.08 16.87 0.97

h=1 30 20.57 1.95 16.36 0.88
45 20.09 1.68 16.79 0.92
60 19.21 1.35 17.06 1.09

h=2 30 18.85 1.33 19.25 1.36
45 17.88 1.23 20.31 1.81
60 17.31 1.17 21.42 2.45
此外,削角后的波形畸变率越来越小,使气隙磁密波波形更接近正弦,减小了谐波含量,从而转矩波动得以降低。另外,削成圆角要比在同一条件下削成钝角的转矩波动大。因为,永磁体旋转过一个齿槽时,A、B两点(如图2.3所示)磁导及磁场的作用使得磁场能量发生较大变化,在A、B两点产生较大转矩波动。在永磁体旋转过一个齿槽时产生转矩波动如图2.4~2.6所示。






图2.3 永磁体旋转过一个齿槽下的物理模型 图2.4 不削角的转矩与时间曲线







图2.5 削成圆角的转矩与时间曲线 图2.6 削成钝角的转矩与时间曲线
但并不是所有削角都能降低转矩波动的,只有极弧系数、h和削角的最优选择时,削角才能降低转矩波动。

四、选择合适的槽配合
1、多极少槽电机的极槽配合,电机应满足以下条件:
①六相双Y移30°电机,其定子槽数选择须为12的整数倍;
②多极少槽绕组,且d为奇数;
③节距y=1的“集中式”绕组结构。
2、从降低电磁噪声角度合理选取极槽配合,主要的依据是判断电磁力波的次数,低噪声的电机应该是力波次数高或者形成低阶力波的磁密谐波次数高、尽量避免由基波、三次谐波及齿谐波间相互作用产生。
满足以下两种情况的极槽配合不宜选择:
①当单元电机的极数、槽数和单元电机数满足 时,定转子基波 和一阶齿谐波 之间相互作用产生次数为2t的力波。
②当单元电机的极数、槽数和单元电机数满足 时,转子三次谐波3p1和一阶齿谐波( )之间相互作用产生次数为4的力波。
为了避免电机起动时定转子互相咬住及降低气隙中动态振动噪声,在选择定转子槽数时,一般采用近槽配合及远槽配合两种方式。且采用远槽配合时将大大降低气隙中动态电磁噪声。

2.3.3 减小工艺原因引起的转矩波动

一、磁路不对称引起的转矩波动
引起磁路不对称的原因主要有:磁极安装不对称、磁极充磁不均匀、永磁体尺寸不一致、永磁体的隐形缺陷或者局部退磁等。由磁路不对称引起的转矩波动具有周期性,其频率和极对数有关,也可反应为和齿槽相关联的频率。改善措施主要是严格控制装配工艺,保证磁极安装的几何位置对称性。同时控制永磁体的尺寸精度和磁性能的均匀性及一致性。
二、定转子不同轴引起的转矩波动
在实际生产中因加工工艺的限制,定转子轴线不能完全重合,不同程度的存在气隙不均匀现象。在电机中一般存在两种偏心:静态偏心及动态偏心。静态偏心是由定子铁心椭圆、定子及转子的不正确安装位置等因素引起的。其特点:最小气隙的位置不变。动态偏心是因转子轴弯曲,轴承磨损,极限转速下的机械共振等因素引起的。其特点:转子中心不是旋转的中心,最小气隙的位置是随转子旋转而变化的。气隙均匀时,永磁体作用在相应位置的气隙磁动势相同,气隙磁导按一个齿距为周期而变化;气隙不均匀时,磁体作用在相应位置的气隙磁动势不同,气隙磁导变化的周期是整个气隙圆周周长,因而影响气隙磁密的大小,进而影响齿槽转矩的大小及分布。
三、铁心扣片槽、焊接槽等工艺槽引起的转矩波动
若冲片因叠片的需要而开有扣片槽或这焊接槽等工艺槽,在磁路饱和时将引起转矩波动,若磁极中心线对准开口槽位置,磁路不受影响,而当转子转过90度,定子扼的磁路磁阻将发生变化。
由扣片槽等工艺引起的转矩波动也是周期性的,且空载时就存在。其波动频率和所开槽数及电机的极对数有关。为了提高永磁同步电机的性能,一般定子扼磁密设计较高,故开槽的影响不能忽略不计,实际中若考虑全面往往会引起很明显的转矩波动。因此,在工艺允许的时应尽可能开小槽或者不开槽以消除此类转矩波动。
四、合理选择定转子的材料和叠压工艺
1、材料
1)利用绝缘漆、环氧树脂使定子铁心叠片固封在一起,使小型铁心/机座嵌条间隙也固封起来,将增大电机的减振能力。
2)选用带有一定合金的黄铜,既可以使笼条保证有一定的机械强度,又可增加转子回路的起动电阻,提高起动力矩。
3)对铜条做成的双笼电机,把电机转子换为整体铸铝转子是较好的方法。因为当转子电流过大受热时,铜的热胀冷缩程度要比铝的大,而容易变形折断。
2、叠压工艺
1)冲片叠压:
铁心冲片不均匀时,磁场会产生两倍转差率的电磁噪声。为减小因硅钢片各向不均匀而破坏铁心磁场的对称性,冲片宜打乱硅钢片的轧制方向叠装。对中小型电机,可将一台电机定转子所用的方形条料分成四摞,冲槽时各摞冲片间保持不相同的轧制方向,这样生产的一台电机,能获得更好的效果,若用相同的轧制方向的冲片装成电机,电磁噪声值会较大。
定转子铁芯冲片错位叠装时,尽量减小气隙的偏心度及椭圆度,是减小磁路不均匀所产生的噪声的有效措施。但这也会增加电机成本。硅钢片轧制方向的导磁性能要比与其垂直方向的大,为了消除磁路不均匀,应错片叠装铁芯冲片。
2)定子铁心工艺:
采用定子铁心两边加压圈压装工艺,对稳定电机的电磁噪声起到了良好的作用;采用“中心高160mm以下电机定子铁心加端环”压装工艺,可稳定电机噪声。
3)转子铁心工艺:
焊接工艺也非常讲究,应先将转子用行吊竖立并固定好,采用从外侧面钎焊,在重力的作用下,让钎料填满,以防笼条在结合部位过热,使其机械特性变差变脆,起动时容易断裂。
五、对气隙偏心加以抑制
当电机转子圆度差或者转轴弯曲亦或动平衡不好,造成转子几何中心偏离轴的旋转中心,则在整个圆周上定转子之间的气隙不均匀,而造成某点随转子旋转,以致气隙长度变化:

式中: ——气隙平均值
——气隙偏心值
从而在频率为 的基波电磁力上增加一个 的附加力,产生频率为 的噪声。
同理,当电机含有径向不对称的轴向磁场,铸铝转子质量有缺陷,或鼠笼转导条电阻不等或在整个转子圆周有不对称的磁场,也会产生 低频振荡噪声。
1、加工安装:
1)在加工方法及工装上控制“三同心”,即机壳、端盖的铁芯档和轴承室的同心度,转子外圆和轴承档的同心度,定子内外圆的同心度。
2)通过调整转子来确保气隙的装配方法,采用先装配好转子再调整定子的方法消除动偏心。具体方法是先将绕组定子铁心置于机座内,再将转子、端盖、轴承等和机座装配好,以转子铁心为基准将定、转子铁心对齐,利用塞尺调出气隙,用氩弧焊将有绕组定子铁心通过过渡板固定在机座上。
3)合理选用轴承波形弹簧垫片确保轴向间隙。
4)硅钢片厚薄不均匀或者毛刺大引起的不平衡,可在冲片冲制及铁芯叠压过程中严格遵守工艺规程,尽可能减小其不平衡量;轴料加工前要检查, 弯料要经过调直后才能加工;提高冲裁模具质量, 使冲片毛刺不超过0.05mm, 同时压装工具要保持平行度。压装设备台面和上压板须保持平行精度, 这样才会使叠压的转子铁心平行且等高, 避免马蹄形产生。
2、材料:
铜条转子取代铸铝转子。避免由于铸铝转子在压铸转子铝条过程中所产生的缺陷,使定转子铁心的磁导变化量增大,而引起电磁噪声过大。但是当转子电流过大受热时,铜的热胀冷缩程度要比铝的大,从而容易变形折断。
3、设计:
1)转子的结构设计须保证合理的对称性及同轴度。
2)利用定子绕组中并联支路来降低不平衡的磁拉力。
磁动势基波产生的 次磁场可被具有并联支路的定子绕组阻尼,而使偏心引起的不良影响减少。

2.3.4 减小控制器引起的转矩波动

一、转矩波动产生的原因
从理论上讲,若不能提供理想的正弦波,就会有转矩波动产生。目前任何驱动系统都不可能提供绝对理想的波形,这是因为:
l)现代驱动控制系统大多是采用PWM驱动,是脉冲当量相等的原理,理论上不是绝对平滑的正弦波或者方波,而是等效的脉冲形式。
2)任何系统总存在时间常数,信号的采样、处理等都要一定的时间,因而电流及转矩和转速等都不可能绝对的实时跟踪其变化,总是存在延时。
3)对逆变桥安全导通或者其它安全保护功能的需求,在换向点和逆变桥同桥臂的上下管之间须相互隔离,禁止一起导通而造成桥臂短路。
二、抑制和减小噪声的措施
1)在变频器输出侧接交流电抗器用以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分,连接方式如图2.6所示。
2)如果电磁转矩有余量,可将U/f定小一些
3)改变电机和机械负载系统的连接方式,如采用弹性连接轴或者轮箍连接器以吸收旋转振动。







图2.6 在变频器输出侧接交流电抗器原理图
4)对电机和机械负载系统的台架,或强化刚性,或铺设防震橡胶垫以改变固有频率。

2.3.5 降低电磁噪声的其他方法

1)降低气隙磁通密度。
2)降低二倍转差频率的电磁噪声:转子要动平衡;尽量减小逆序磁场;定、转子铁芯的磁导要均匀;定转子要同心。
3)降低定子的动态振幅和控制电机的声辐射:防止共振;采用弹性连接;加强电机定子的刚度;加阻尼措施;增加力波的阶数;降低声辐射效率。
4)从减小电磁振动的角度来说,电枢每级槽数应选得大些。这样,电枢旋转时气隙中每级磁通的脉动将减小。此外,考虑齿频电磁激振力对转子的作用,应避免此力波转速等于轴的临界转速而导致发生共振现象。
5)主磁极下采用不均匀气隙,即采用削角极靴或偏心的极靴圆弧表面,可以削弱引起电磁振动和噪声的交变径向力。
6)为降低电机的噪声,除了减小电磁激振力的幅值外,还要不使定转子的固有振动频率及电磁激振力的频率接近或相等,否则很小的电磁激振力也会因共振而产生较大的振动及噪声。
7)为减小电机转子的振动,设计时应使轴的临界转速和电机工作转速之差足够大,最大使其临界转速比额定转速至少高出15%。若第一临界转速低于额定转速40%,需计算第二临界转速。

2.4 本章小结

电磁噪声虽然不是电机噪声中的最大部分,但却是最难消除的部分,其产生原因很多,但主要是由气隙磁场作用于定子铁心的径向分量产生。本章分别从减小齿槽引起的转矩波动、电机运行时引起的电磁转矩波动、工艺原因引起的转矩波动、控制器引起的转矩波动等方面讨论了降低电机电磁噪声的方法。其中,采用闭口槽、磁性槽楔、斜槽和斜极、分数槽绕组、正弦绕组、增设辅助槽、加大气隙长度、选择合适的极弧系数及削角、合理的槽配合、严格要求加工安装工艺等都是降低电磁噪声的有效措施。电机设计时要综合考虑,根据生产条件,合理的控制电机电磁噪声,以达到良好的降噪水平。


第 三 章 通 风 噪 声

3.1 通风噪声概述

在电机的噪声中,通风噪声占整体的75%左右。而电机的通风噪声主要是风扇及电机转子旋转时所产生的,其根本原因是电机通风系统中气流压力的局部迅速变化及随时间的急烈脉动和气体及电机风路管道的摩擦产生的。
通风噪声一般可分为旋转噪声、笛声和涡流声。旋转噪声是在风扇旋转时,叶片打击空气质点引起压力脉动而形成的。涡流声主要由转子及风扇引起的冷却空气湍流在旋转表面交替出现涡流引起的。而笛声是通过压缩空气或者空气在固定障碍物上摩擦而产生的。笛声的频率和电机转速的关系式为

式中,m——风扇叶片数和风路中障碍物数的最小公倍数。
笛声随转动部件及固定部件间间隙的减小而增强。故采用密封的隔声罩,将噪声密封在隔声罩内,增大转动部件与固定部件之间的间隙,改进导风的罩形状,采用不均匀分布及长度不等距的风叶是降低笛声的有效方法。
风扇叶片转动将引起周围空气产生涡流。涡流和涡流的分裂将使空气压力脉动从而产生涡流声。电机的风扇噪声在低速运转时涡流噪声占优势,高速时笛声占优势,风扇的转速越高,直径越大,风扇的风扇量就越大,其噪声也越高;风扇的效率越低,消耗功率越大,风扇噪声越大。

3.2 影响通风噪声的因素

通风噪声主要由风扇的形式、风扇和通风道及进出口的结构设计决定。
1、宽频带的风扇噪声。该噪声取决于风扇圆盘和叶片边缘的气流扩散所形成的紊流和音频声。
2、宽频带转子旋转噪声。该噪声取决于转子表面紊流和由转子绕组端部产生的气流扩散所形成的音频声。
3、宽频带的气流噪声,该噪声是由于通风道上的固定障碍物引起。
4、具有离散频率的汽笛音频的声音,该声音是在风扇轮的出口上的气流在自己的行程中遇到筋条、通过螺栓和其他类似零件的障碍。
5、离散频率的音频声,该音频声由空气动力系统各个部分上压力的周期振荡所引起。

3.3 降低通风噪声的方法

3.3.1 从声源控制通风噪声

一、从风扇本体控制
1、叶片形状及数量
1)选择合适的风扇形式。从产生噪声大小的角度来看,轴流式风扇及后倾风叶离心式风扇比径向风叶离心式风扇产生的噪声要低。因为径向离心式风扇的 ……(未完,全文共45852字,当前仅显示12076字,请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文:高速永磁发电机减振降噪方法研究》
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