(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

電機(jī)是一種噪聲源，電機(jī)的噪聲水平已被列為考核電機(jī)質(zhì)量的重要指標(biāo)。如何降低電機(jī)噪聲，是電機(jī)設(shè)計(jì)中的重要課題。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲的原因主要包括定轉(zhuǎn)子槽配合、轉(zhuǎn)子斜槽、氣隙大小及磁性槽楔、定子繞組接法、生產(chǎn)制造質(zhì)量等。本文以一臺(tái)的Y 630-8 900kW異步電動(dòng)機(jī)為例，闡述了為了降低電磁噪聲在電機(jī)設(shè)計(jì)中所采取的一些相應(yīng)措施。

1 槽配合對(duì)電磁噪聲的影響

合理的定轉(zhuǎn)子槽數(shù)-槽配合可以有效地避免和削弱產(chǎn)生低階力波、尤其是二階力波的齒諧波磁場(chǎng)，從而降低由諧波磁場(chǎng)引起的電磁噪聲。本文所選異步電動(dòng)機(jī)Y 630-8 900kW槽配合為72/58，查詢相關(guān)手冊(cè)，針對(duì)8P電機(jī)72/56同樣為推薦槽配合。為此分別研究槽配合72/58及72/56時(shí)該電機(jī)的諧波聲強(qiáng)級(jí)大小，采用磁勢(shì)-磁導(dǎo)解析法(具體計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)[6]，此處不贅述)。計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 不同槽配合聲強(qiáng)級(jí)對(duì)比

從表中計(jì)算結(jié)果可知，72/56槽配合優(yōu)于72/58槽配合。

在電機(jī)設(shè)計(jì)里為了減少諧波磁場(chǎng)在鐵心中的損耗，一般槽配合選擇近槽配合，這與降低噪聲是矛盾的。因此在電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中需要綜合考慮各因素。

2 轉(zhuǎn)子斜槽對(duì)電磁噪聲的影響

轉(zhuǎn)子斜槽已經(jīng)是廣泛用來削弱齒諧波磁場(chǎng) 影響的一種有效方法，齒諧波的削弱必然會(huì)削弱電磁噪聲的大小。工程上采取的措施一般是轉(zhuǎn)子斜一個(gè)定子槽距。轉(zhuǎn)子最佳斜槽距離為計(jì)算方法如下。

(1)

(2)

式中，D2—轉(zhuǎn)子外徑；Z1、Z2—分別是定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)；p—極對(duì)數(shù)。

按式(1)、式(2)計(jì)算結(jié)果確定電機(jī)轉(zhuǎn)子最佳斜槽距離為39mm。

3 氣隙大小及磁性槽楔對(duì)電磁噪聲的影響

通過查閱電磁噪聲相關(guān)文獻(xiàn)得知，適當(dāng)增大電機(jī)氣隙或采用磁性槽楔可以降低電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲。籠形轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)電磁噪聲主要是由定、轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生一系列徑向電磁力波, 由定、轉(zhuǎn)子鐵心振動(dòng)而引起的。降低電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲歸根結(jié)底就是降低電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的諧波含量。現(xiàn)分別研究以上兩種方法對(duì)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的影響。

同樣以Y 630-8 900kW為研究對(duì)象，在保證電機(jī)功率因數(shù)合格的情況下適當(dāng)增加氣隙長(zhǎng)度，原電機(jī)氣隙2.3，現(xiàn)增加至3.0。分別建立增加氣隙的和采用磁性槽楔的電動(dòng)機(jī)有限元模型(見圖1)，計(jì)算氣隙諧波分量，并與原電機(jī)(72/56槽配合)對(duì)比分析這兩種結(jié)構(gòu)對(duì)氣隙磁場(chǎng)諧波的影響。氣隙磁密諧波幅值計(jì)算結(jié)果見如表2。

圖1 電機(jī)有限元仿真模型

表2 氣隙磁密諧波幅值(T)

從表2中可以看出，增加電機(jī)氣隙和采用磁性槽楔這兩種方案均在一定程度上降低了氣隙磁場(chǎng)的諧波含量。根據(jù)該電機(jī)槽配合，17次和19次齒諧波產(chǎn)生的電磁力波階次較大，產(chǎn)生的電磁振動(dòng)非常小。而產(chǎn)生電磁振動(dòng)的主要諧波為13次諧波，這兩種方案的13次諧波均有所降低，但從效果及經(jīng)濟(jì)適用性上來看，增加氣隙這種方案對(duì)于降低電磁噪聲來說效果要優(yōu)于采用磁性槽楔。

4 定子繞組接法對(duì)電磁噪聲的影響

轉(zhuǎn)子偏心會(huì)引起一系列低次數(shù)徑向力波，并使噪聲輻射增加，因而嚴(yán)格控制制造和裝配質(zhì)量來保證轉(zhuǎn)子偏心最小是關(guān)鍵性的。但實(shí)際上轉(zhuǎn)子偏心一般是不可能完全消除的，通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)采用合適的定子繞組并聯(lián)支路，可降低因偏心引起的電磁噪聲。

三相 4 極定子繞組不同并聯(lián)支路時(shí)的連接如圖2所示。假定轉(zhuǎn)子軸向下偏，若極相組線圈流過一定電流，則由極向組A1產(chǎn)生的每極磁通將小于由A3產(chǎn)生的磁通，這是因?yàn)锳1的磁通必須通過較大的氣隙。換句話說，A1的電感小于A3。如果每相繞組串聯(lián)，例如A1、A2、A3和A4串聯(lián)并流過相同電流，則A1產(chǎn)生的磁通必小于A3產(chǎn)生的磁通，磁通不平衡引起不平衡磁拉力和低次數(shù)的力波，從而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。然而，如果繞組A1、A2、A3和A4并聯(lián)，如圖2(e)所示，因A1中單位電流的電抗壓降小于A3，故A1流過的電流必大于A3，A1中流過較大的電流可在一定程度上抵償磁通分布的不平衡，因而可降低不平衡磁拉力和低頻電磁噪聲。

圖2 三相4極電機(jī)定子繞組不同并聯(lián)支路連接

圖3 Y 630-8 900kW接線圖

針對(duì)Y 630-8 900kW電機(jī)電磁噪聲過大問題，我們利用改變定子繞組接法的方式進(jìn)行處理，繞組接線圖見圖3。采用了圖1(c)的接法，兩路并聯(lián)，徑向相對(duì)兩極相組并聯(lián)，有均壓線。

5 產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)電磁噪聲的影響

通過對(duì)電磁噪聲大的產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)往往都是定、轉(zhuǎn)子偏心引起的電磁噪聲過大。

以下是導(dǎo)致該問題的主要原因

(1)定子鐵心內(nèi)徑圓度超差；

(2)定子鐵心內(nèi)、外徑同軸度超差；

(3)機(jī)座形位公差超差；

(4)定子鐵心的內(nèi)徑與機(jī)座兩端止口同軸度超差。

(5)銅條轉(zhuǎn)子外徑超差問題。

通過大量產(chǎn)品跟蹤、反復(fù)試驗(yàn)，總結(jié)出上述問題的解決措施見表3所示。

表3 定、轉(zhuǎn)子跳動(dòng)超差問題及相關(guān)解決措施

通過采用上述方法后，電機(jī)電磁噪聲整體改善，噪聲減低了7dB，達(dá)到噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6 結(jié)語

經(jīng)研究表明，選擇合理的槽配合、轉(zhuǎn)子斜槽、合理的增大氣隙、采用磁性槽楔以及增加定子繞組均壓線等方法均可降低高壓方箱異步電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲；嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量也可降低電機(jī)電磁噪聲，并提出了相關(guān)產(chǎn)品問題的解決措施。此次電機(jī)嘗試采用的一些降低電磁噪聲的措施，已取得了較好效果。要摸索一套降低電磁噪聲的經(jīng)驗(yàn)還有待今后進(jìn)一步實(shí)踐。