电机的振动噪声控制之：高频测声、低频测振

低频测振
电机产生振动的原因
1）电机所用的绝缘材料、叠片铁心、线圈嵌线等零部件的组成方式，使其结构刚度和运行时的热胀冷缩条件比较复杂
2）电机转子存在的不平衡量
3）电机内的电磁力
4）输入端受到的扭转冲击，以及输出端受到的电网冲击
电机振动产生的危害
1)电机转子弯曲、断裂.
2)转子磁极松动，造成定子和转子相互擦碰
3)加速电机轴承的磨损，使轴承的正常寿命大大缩短
4)电机端部绑线松动，造成端部绕组相互摩擦，绝缘电阻降低，绝缘寿命缩短，严重时造成绝缘击穿

定子铁心的振动主要是由电磁力造成的，产生椭圆形、三角形、四边形等振型。（齿部高频分量较多）当定子叠片铁心内有交变磁场通过时，会产生轴向振动，若铁心未压紧，铁心就会产生剧烈的振动，严重时造成断齿。为了防止此类振动的发生，定子铁心一般采用压板及螺杆压紧结构，但同时应注意防止因铁心局部压力过大而造成的损伤。

电机定子绕组的振动

在电机运行过程中，定子绕组经常受到以下几种力的影响，引起绕组的系统频率或者倍频率振动：绕组中的电流与漏磁通的作用力，转子磁拉力，绕组热胀冷缩力。在电机设计时，特别值得考虑的是由电磁力引起的定子绕组的槽部和顶部振动 。为了防止这两类振动，经常要采取槽部线棒固紧结构以及端部轴向刚性支架措施 。
电机机座的振动
机座的振动源：1) 由定子铁心的电磁振动通过铁心与机座的连接传来，引起机座的倍频振动，且随着单机容量的增大而增大；2) 转子振动的激振力。
实践证明：落地轴承形式的转子激振力对机座的影响要比轴承座设置在定子机座端盖上的轴承形式的影响要小得多。
为了减小机座的振动，经常采取的措施是：
1) 铁心与机座之间的连接采用弹性结构，以减少铁心振动对机座和基础的影响；
2) 对机座的自振频率进行控制，使其避开铁心的倍频振动频率和转子的振动频率。

电机转子的弯曲振动

引起电机转子弯曲振动的三个原因：1) 转子质量不平衡引起的振动：转子的质量不平衡是引起机械振动的主要原因。转子的质量不平衡可分为静不平衡、动不平衡或者二者兼有，为了尽量消除质量不平衡的影响，在转子制造过程中，应进行严格的动、静平衡试验。2) 转子运行过程中的转子冷热不均及电磁不平衡，都会引起转子弯曲振动。3) 转子固有振动特性。为了减小电机转子的振动，设计时应使转子的临界转速与电机工作转速之差足够大，最好使其临界转速偏离电机额定转速15%以上。
电机转子的扭转振动

转子系统的外界扭矩的瞬变所引起的转子系统的扭振，可以产生累积疲劳破坏，进而导致转子寿命缩短，引发严重的电机事故。
解决这类问题，就要求比较正确的计算轴系的扭振自然频率，在设计转子时，使其避开工作频率及其倍频
电机轴承引起的振动
•电机所用轴承因功率不同而所采用的轴承形式也不同，在中小型电机中多采用滚动轴承，而大型电机中多采用滑动轴承。轴承形式不同，引起振动的原因也不同。
滚动轴承引起的振动因素主要有：
1）承的制造精度：轴承内圈的径向偏摆、套圈的椭圆度、滚动体的椭圆度、架孔中的间隙及滚道表面的波纹度等。架孔中的间隙是轴承的重要的振动源，其过大或者过小都会导致剧烈的机械振动
2）轴承的安装配合精度：轴承的安装配合精度是指轴承与端盖（或轴承套）以及轴承与转轴轴承挡的配合精度
3）轴承润滑脂的情况也会影响系统的振动。过稠的润滑脂对滚动体振动阻尼作用的效果差，过稀将导致干摩擦
4）轴承的安装方法会对系统的振动造成影响，常用的是热套法滑动轴承引起的振动因素主要有：由油膜涡动和油膜振荡现象引起，特别是油膜振荡会引起系统剧烈的振动，而造成系统的破坏。
•轴承支架的刚度校核

高频测声
电机噪声的危害
1）噪声干扰人们的谈话，降低人的思维，使人疲劳，影响休息、工作、睡眠。长期暴露在噪声大的环境中，容易使人的听力受损。
2）电机噪声影响到电机本身的质量和寿命；
噪声的几个基本概念
•声音产生于振动，必须经过介质传播才能被人所感觉。声波频率越高，音调也越高。人能感觉到的频率20-20000Hz。
•噪声：各种不同频率和声强的声音杂乱无章的组合
•声波的干涉：
频率和性质相同的声波相叠加时所产生的现象.相位相同时，声波加强；相位相反时，声波减弱。这在电机噪声控制中非常重要。
1）估计距离机器不同距离的声压级：如 1m处的声压级是80分贝，可估计10m处的声压级为80-20=60分贝
2）距离成倍增加的情形（最具实用价值）：
上式表，距离增倍，声压级降低6分贝。这是噪声测量中考核声场是否接近自由场条件的有用关系。
电磁噪声及其控制
电磁噪声主要是气隙中的电磁场产生电磁力波引起铁心轭部振动并且通过电机外壳将噪声辐射出去。
降低电磁噪声的措施：
1）合理选择齿、槽配合；2）气隙的均匀性和气隙值的合理选择；
3）斜槽；4）降低磁密；5）控制共振噪声
空气动力引起的噪声及其控制
风扇和转子旋转是空气动力噪声的主要噪声源，其中又以风扇噪声为主。
降低风扇噪声的措施：
1）风扇合理的风路结构设计
2）风扇合理的几何尺寸
研究和实践证明：
1) 轴流式风扇和后倾风叶离心式风扇所产生的噪声比径向风叶离心式风扇要低；
2) 适当的降低风扇外圆与定子端板之间的间隙以及小的风叶进风口角度和出风口角度，都有利于噪声的降低；
3）尽可能的减少风路中的障碍物及变化较缓的风路设计，可以有效的降低噪声。
机械噪声及其控制
主要是滑动轴承和滚动轴承噪声
滚动轴承噪声最为厉害：
与轴承各零件的加工质量、装配工艺、工作转速、润滑等有关
电机噪声的识别
电磁噪声的识别：
1）改变外加电压法
2）切断电源法
空气动力噪声识别：
1）根据电机的通风特点，从频谱上初步分析
2）风扇取下，做对比试验
机械噪声识别：
1）轴承噪声，更换轴承
2）碳刷引起的噪声，提起碳刷
3）不平衡引起的噪声，频谱图中识别
电机的消声与隔声
如果从声源上不能控制噪声，可以采用：1）隔声；2）消声
辅以吸声材料
最简单、最有效的隔声方法：用钢板、木板或塑料板制成的隔声罩，把整个电机包围起来，可降低20分贝左右。缺点：对散热不利，而且占用的空间大。必须考虑电机温升的问题。
电机的消声方法：在气流通道中装消声器，在保证气流通过的同时，阻止或者削弱噪声的传播。1)阻式消声器：在管道内用多孔材料覆盖壁面来消耗声音的能量。优缺点：低频效果差，中频效果较好。对于降低电机的通风噪声效果较好 2）抗式消声器：借助管道截面的突然扩大或者缩小，或旁接共振腔，使沿管道传播的噪声在突变处向声源反射回去，达到消声的目的。优缺点：结构简单，不用吸声材料
电机噪声的测试与评价
测试仪器
1）声级计：由传声器、放大器、计权网络和指示器组成。
2）频谱分析仪
测试标准：旋转电机噪声测定方法、极限：
GB10069.1-88 旋转电机噪声测定方法限值 噪声工程测定方法
GB10069.2-88 旋转电机噪声测定方法及限值
GB10069.3-88 旋转电机噪声测定方法及限值　噪声限值
必须说明：
现代考核电机的噪声水平，一般采用声功率级来评定（声功率级与测量距离无关，可以直接反映了噪声源的声功率）：先测量规定点的声压级，然后进行换算得到声功率级。电机噪声的测试与评价都有标准（IEC，ISO，各个国家的国家标准），但要特别注意以下要求：
1）测试环境
2）电机的安装方式
3）电机工况
4）基准面的选取和测点的布置
5）仪器的安装和读数
6）数据处理


参考文献

1．《电机设计》，李隆年等，清华大学出版社，1992
2．《转子动力学》，钟一谔等，清华大学出版社，1987
3．《转子动平衡理论、方法》，周仁睦，1992
4．《电机噪声的分析与控制》，陈永校等，浙江大学出版社，1987