电磁噪声主要是由气隙磁场作用于定子铁芯的径向分量所产生的。它通过磁轭向外传播,使定子铁芯产生振动变形。其次是气隙磁场的切向分量,它与电磁转矩相反,使铁芯齿局部变形振动。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时,就会引起共振,使振动与噪声大大增强,甚至危及电机的安全。
根据麦克斯韦定律,气隙磁场中单位面积的径向电磁力按下式计算:
式中:B——气隙磁密
θ——机械角位移
μ0——真空磁导率
由于定、转子绕组中存在着主波磁势与各次谐波磁势,它们相互作用可以产生一系列的力波。
3.1 主波磁场产生的力波
主波磁场B1所产生的径向力波为:Pr1=P0+P1,式中,是径向力的不变部分,它均匀作用于圆周上,使定子铁芯受到压缩应力。不变部分不会产生振动与噪声。P1=P0cos(2pθ-2ω1t-2θ0),其中p主波的极对数,ω1—主波的角速度,θ0—初相角。P1是径向力波的交变部分,这个力波的角频率是2ω1,即2倍的电源频率,它使定、转子产生2倍电源频率的振动与噪声。它的强度与气隙磁密的平方成正比。这在两极的大容量电机中,容易产生较大的影响,而在一般情况下,由于它的频率较低,其影响不显著。
3.2 谐波磁场产生的力波
谐波磁场产生的力波所引起的振动与噪声,一方面与该力波的幅值大小有关,也与力波的次数有关。在大多数情况下,次数小于10的影响较大,高次数的力波一般不考虑。所以一定要选择合适的定转子槽配合,以避免产生较低次的力波。若Z1和Z2分别代表定、转子槽数,则要求:Z1-Z2≠(0或2p),Z1-Z2≠(±1或2p±1),Z1-Z2≠(±2或2p±2),Z1-Z2≠(±3或2p±3)。
3.3 由一阶齿谐波所产生的力波
由于定子或转子上齿槽的影响,磁导将产生周期性变化,而引起气隙磁密的大小周期性变化,而产生了齿谐波。这齿谐波所引起的振动与噪声可采用斜槽的方法,将其削弱。一般情况下,转子斜一个定子槽距时,其齿谐波所产生的径向力要比直槽时小得多。
3.4 单边磁拉力所产生的力波
由于定、转子的偏心,或磁路的不对称,将引起磁通分配的不对称,而出现一边受力大、一边受力小的现象,也就产生了单边磁拉力。它随着转速而周期性地变化。
当其中极对数为p±1的附加磁场与主波磁场相互作用时,所产生的力波次数为±1,这样低的力波很可能引起振动与噪声。因此,我们在设计或加工时,定、转子圆度一定要达要求,磁路一定要对称、均匀。在电机装配中,应校验定、转子的同轴度,使之在精度要求范围内。
3.5 降低电磁噪声的方法
综上所述产生电磁噪声的成因,我们可采用下列方法降低电磁噪声。
⑴尽量采用正弦绕组,减少谐波成份;
⑵选择适当的气隙磁密,不应太高,但过低又会影响材料的利用率;
⑶选择合适的槽配合,避免出现低次力波;
⑷采用转子斜槽,斜一个定子槽距;
⑸定、转子磁路对称均匀,迭压紧密;
⑹定、转子加工与装配,应注意它们的圆度与同轴度;
⑺注意避开它们的共振频率。
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