吳建兵

【摘要】對三相交流異步電動機的電磁噪音，從槽配合選擇、氣隙諧波磁場等方面進行分析，找出引起電磁噪音的主要原因，最后提出控制電磁噪音的相關措施。

【關鍵詞】異步電動機；氣隙 槽配合；諧波磁場；電磁噪音お

The electromagnetism noise of three electric motor analysis and control

Wu Jian—bing

（Xi''an Tech Full Simo Motor Co.， LtdXi''anShaanxi710018）

【Abstract】Three—phase AC induction motor electromagnetic noise from the slot with the select air gap harmonic magnetic field analysis to identify major cause electromagnetic noise， and finally put forward the measures to control electromagnetic noise.

【Key words】Asynchronous motor；Air gap slot with；Harmonic magnetic field；Electromagnetic noiseお

1.引言

Y、Y2系列三相異步電動機應用于各行各業(yè)，其負載噪音指標方面與國外產(chǎn)品相比尚有較大差距。特別是2極高速中小型電動機的電磁噪音已超出國際貿(mào)易和國內(nèi)特殊行業(yè)的最低要求。產(chǎn)品出口和國內(nèi)特殊行業(yè)的應用受到嚴重影響。本文定性加簡單的量化分析，闡明2極電機電磁噪音超標的原因及解決方案。

2. 噪音分類

異步電動機的噪音分三類：電磁噪音、空氣動力噪音和機械噪音?？諝鈩恿υ胍粼从诋惒诫妱訖C的風扇通風噪音。由于空載和負載的轉(zhuǎn)差非常小，從空載到負載通風噪音幾近定值。因此，對于空載噪音達標而負載噪音超標的2極高速電機，通風噪音不是電磁噪音超標的主要原因。

機械噪音主要是由軸承噪音引起的。對于工藝成熟的Y、Y2系列電機，從降低機械噪音方面來使電磁噪音達標也是不明智的。

電磁噪音是由于電機氣隙中各次諧波磁場引起的交變電磁力引發(fā)鐵心及其相聯(lián)的機械構件中的振動和共振。采取更趨合理的方案是完全可以做到的。

3. 電磁噪音產(chǎn)生原因

Y160—2電機負載運行時，產(chǎn)生讓人不易接受的電磁噪音。為解決問題，需從電磁噪音產(chǎn)生機理著手，分析電磁噪音的特點及其控制辦法。

3.1氣隙諧波磁場。

氣隙諧波磁場由電機繞組的磁勢作用于電機氣隙而產(chǎn)生的。因此，分析繞組磁勢即可闡明氣隙諧波磁場的產(chǎn)生原因及對電磁噪音的影響。

電機學理論表明：電機的單相繞組其磁勢是脈振磁勢，磁勢波形為非正弦波，內(nèi)含豐富的高次諧波磁勢。

單線圈磁勢對于單線圈磁勢，其磁勢可表示為：

Fc（t，α） = 2π 2IcNcpSinwt∑∞ v=1/p，2/p…kyv VCOSvα（1）

式中：Nc——槽內(nèi)導體數(shù)，即線圈匝數(shù)

Ic——導體電流i的有效值

線圈組磁勢對于每極每相槽數(shù)q為整數(shù)的q個線圈組v次諧波幅值為：

Fqv=qFcv ·kqv（2）

式中：kqv=sin（qvα1）/2/（qsinvα1/2） （3）

其中α1為線圈分布的基波電角度值，kqv稱為分布系數(shù)，線圈組v次諧波磁勢幅值為：

Fmqv= 2π 2qIcNcvp·kwv （4）

式中：kwv=kyv·kqv是v次諧波的繞組系數(shù)。

相繞組磁勢相繞組磁勢可由線圈組的v次諧波磁勢按其空間位移和電流方向用矢量法相加而得到。

Fφ（t，α）=2π 2Iwp [kw1cosα+ 13 （Kw3cos3α）+15（Kw5cos5α）+…+ 1v （Kwvcosvα）]sinwt（5）

式中： w =電流角頻率，即基波磁場角頻率。

Kyv=0 至于雙層繞組磁勢也不含偶次諧波。

對于正常接法的整數(shù)槽繞組，相繞組磁勢幅值為：

Fmφv= 2π 2IwvpKwv（6）

上式表明：相繞組磁勢幅值與繞組系數(shù)成正比，采用短距（y1<τ）和分布繞組（q>1）可有效削弱繞組中的高次諧波，這早已為Y系列電機所采用。

三相繞組磁勢三相繞組空間和時間上均相差120°電角度，屬正交繞組。因此，當v=3k時（k=±1，±2，±3……），三相繞組的3k次諧波磁勢為0。即

F3k（t，α）=Fφ3kCOS3kα〔sinωt+sin（ωt—2π/3）+sin（ωt—4π/3）〕=0 （7）

上式表明，三相繞組中不含3倍次諧波，只含有5，7，11，……等次數(shù)

的高次諧波。上述齒諧波，因kων=kω1，因此不能用短距分布繞組等辦法加以大幅

度削弱，故其幅值較大，是電磁噪音的主要來源。

3.2電磁力波。

氣隙磁場波作用于定、轉(zhuǎn)子鐵心，產(chǎn)生交變的作用力，即電磁力波。作用在定子鐵心齒上的徑向力波是定子鐵心振動變形的主要原因，也即是電磁噪音的主要來源。

應用麥克斯韋定律，并忽略次數(shù)為2ν和2μ的高次諧波項后，磁勢諧波磁場產(chǎn)生的徑向力波為：

Pνμ=BvBu 2μ0COS〔（μ±ν）α—（ωμ±ω1）t—（φu±φv）〕 （8）

式中：γ=μ+γ 稱為此力波的次數(shù)

Wγ=Wμ±w1 為力波角頻率。

Φr=Φμ+Φγ為力波相位角

Bγ，Bμ分別為γ次和μ次氣隙磁密幅值

定子鐵心振動時，其動態(tài)變形的大小約與力波次數(shù)的4次方成反比，因此，γ=2的力波是振動噪音的主要成分，應充分考慮γ=2的力波因素。

3.3負載噪音實例分析。

Y160—2電機，數(shù)據(jù)如下：

Z1=30，Z2=26，p=1，SN=1—nN/n0=1—2930/3000=0.0233（9）

則 μZ=KzZz+p=26Kz+1Kz=±1，±2，±3……

ν=6K1`+p= 6K1`+1 K1`=±1，±2，±3……

力波頻率：μ、ν 同號時，γ=μ—νfr=f1[kzZz（1—sn）/p]

μ、γ異號時，r=μ+γ時，fr=f1[k2*Z2*（1—Sn）/p+2]

（下轉(zhuǎn)第17頁）

在r=±2次力波有三對μ和γ的組合：

a. μ=—25，γ=—23，k2=—1，r=μ—γ=—2

fr=f1[k2*Z2*（1—Sn）/p]=50×（—1） ×26×（1—0.0233）/1=1269.71（Hz） （10）

b.μ=+27，γ=+25，k2=+1，r=μ—γ=+2

fr=1269.71（Hz） 同a.

c. μ=+27，γ=—29，k2=+1，r=μ+γ=—2

fr=f1[k2*Z2*（1—Sn）/p+2]=50×（—1） ×26×（1—0.0233）/1+2=1369.61（Hz） （11）

把a，b，c三組力波頻率和頻譜分析圖表進行比較，就會得出如下結(jié)論：

在μ=27，γ=—29時，其力波次數(shù)r=—2，其力波頻率和頻譜分析中的尖峰和噪音頻率（1369.6Hz與1376Hz）幾乎相等。這表明，在（Z1=30， Z2=26）時，其力波（r=μ+γ=—2）引起較大的電噪，從而導致負載電磁噪音超標的可能。另外，此時a， b， c三個力波可能和機座固有頻率（中小型電機為幾千赫茲）比較接近，易發(fā)生共振。

若改變槽配合為Z1=30，Z2=18時，出現(xiàn)r=±2低次力波有兩對μ和γ的組合，經(jīng)計算fr相等。

fr=f1[k2*Z2*（1—Sn）/p+2]=50×（—1） ×18×（1—0.0233）/1+2=779.03（Hz） （12）

由上述知：Z1=30，Z2=18時，力波頻率與固有頻率相距較大，引發(fā)共振的可能性減小。從共振看，Z1=30， Z2=18優(yōu)于Z1=30， Z2=26。

4. 負載噪音控制措施

從抑制各次諧波磁勢幅值著手，適當增加轉(zhuǎn)子斜槽度，通過電磁計算，確保各項電氣性能達標的情況下取大值。經(jīng)實際計算，取1.2個定子齒距斜槽度。

從規(guī)避固有頻率防止共振著手，修改槽配合。在出口電機MG160—2設計中，采用修改后的槽配合，效果顯著。

5. 結(jié)語

選擇合適槽配合，可以降低異步電動機的電磁噪音，減少電機對周圍環(huán)境的影響，具有很好的社會效益。

參考文獻

[1]《電機學》（下）許實章 主編 機械工業(yè)出版社 1982年版.

[2]《電機設計》（上、下） 陳世坤 主編 機械工業(yè)出版社 1983年版.

[3]《電機噪音的分析和控制》 陳永校等編著 浙江大學出版社 1987年版.