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异步电机2fo噪声的分析与控制

放大字体  缩小字体    发布日期:2007-10-20  作者:姚灵  浏览次数:749
核心提示:摘要 本文对商用空调机室内柜机产生的2fo噪声进行了详细地分析和论证;找到了产生噪声的真实原因,提出了解决问题的有效办法,得到了用户的充分验证;也为家用和商用空调机室内柜机降低电机电磁噪声提供了一种思路和方法。关键词 交流异步电机 电磁噪声&
摘要  本文对商用空调机室内柜机产生的2fo噪声进行了详细地分析和论证;找到了产生噪声的真实原因,提出了解决问题的有效办法,得到了用户的充分验证;也为家用和商用空调机室内柜机降低电机电磁噪声提供了一种思路和方法。
关键词  交流异步电机  电磁噪声  空调机室内柜机 
 

Abstract  This paper  analyzes  and  discusses the electromagnetic noise (the noise  frequence  is mainly 100Hz, ie. 2fo  )  be produced  by  the

 indoor fan motor of air conditioner .  Finds  the  cause  for  electromagnetic  noise  by  the  fan  motor  and  the  method  of  solution  the  noise  question .

Keyword  single-phase induction motor     electromagnetic noise     indoor device of  the air conditioner

 
 
    一、概述
    噪声已同水污染、大气污染一起并列为当今世界的三大公害,控制噪声已是环境保护的重要内容。在人们的日常生活中,噪声来源名目繁多,其中家用电器的工作噪声随着家电的快速普及,目前已成为主要环境噪声之一(如家用空调机、电冰箱等的噪声已在严重影响着人们的正常休息和工作)。如何控制和削弱噪声,是噪声研究工作者的重要任务。本文通过某中外合资空调机公司商用空调机室内柜机2fo噪声的产生原因分析、对策措施到位、噪声最终受控的过程中可以充分看到,噪声并不可怕是完全可以削弱和控制的。
 
    二、问题出现
    某中外合资空调机公司的商用空调机是非常著名的优质产品,受到了国内外广大消费者的认可和亲睐。曾经一度时间,该公司的主打产品:3P/5P商用空调机的室内柜机由于内部结构改动产生了较大的电机噪声,公司在无法保证噪声指标的情况下,下令停止空调机的生产和销售,成千上万台空调机以及供应商的电机被滞留在仓库里。当时正值高温季节,是空调机销售旺季,这可急坏了该公司中日双方的高层领导。经中日双方技术人员在超静消音室对空调机电机噪声的频谱特性测量表明,在f=100Hz(f=2fo;fo =50Hz,为电网频率)频率点噪声分贝值远远高于其他点(见图1),由此产生了烦人的“嗡嗡声”。为此该空调机公司组织国内三家电机供货单位(其中一家日资企业,一家为海尔集团下属企业)进行问题分析与噪声攻关。通过对柜机板金件(即电机安装位置)的结构分析和电机电磁设计、装配精度(转、定子同轴度)等方面的分析、研究,近一个月来均无进展。当时笔者所在单位宁波联合集团电器有限公司(电机主要供货方之一),经过周密分析、论证和实验验证,用最低的代价、最好的效果解决了2fo噪声,受到日方技术主管和中方管理层的高度称赞,而且使空调机马上恢复生产,度过了“噪声”危机。从那时起,该空调机公司将电机供货权全部转到了宁波生产。
 

 
  
                                  图1
    三、原因分析
    (图2)为交流异步电机结构示意图。异步电机产生噪声的原因主要有下列三方面:空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声,对高速电机而言,空气动力噪声是主要噪声源;中速和低速电机主要噪声则为机械噪声和电磁噪声。对空调机室内柜机的风扇电机因其转速一般在600~1200转/分之间,属中低速电机,因此主要考虑的是机械噪声和电磁噪声。
 
              1—机壳   2—定子绕组  3—定子铁心  4—转子
 图2   
 
    (一)机械噪声
    机械噪声一般是由电机零部件运行时产生振动发出的噪声。主要有轴承噪声(轴向和经向)、转子轴向窜动噪声、电机外壳共振噪声、转子不平衡产生的噪声等。经研究表明,除转子轴向窜动噪声和转子不平衡噪声外,其他机械噪声的频率范围下限均在500Hz以上,不会产生2fo噪声。对转子轴向窜动噪声和不平衡噪声虽然有可能在2fo点或附近产生噪声,但一般电机厂均可在电机制造过程中通过动平衡仪和振动测量仪来较好的发现问题并控制转子的不平衡性和转子轴向窜动量。
    (二)电磁噪声
    电磁噪声是由电机各部分之间的磁拉力引起的。电机运行时,在定子和转子之间气隙空间中有一个气隙磁场,它是一个旋转的力波,其产生的电磁力是交变的,气隙磁场中除了主磁通外,还有很多谐波分量。因此电磁噪声中不但有二倍电源频率(2fo)的主磁通引起的噪声,还有谐波磁通产生的频率较高的噪声。异步电机运行时,旋转力波同时对定子和转子产生磁拉力,使其产生变形和周期振动,而形成声源。其声波大部分由定子和其他部件辐射到周围空间,成为“气载噪声”,也有部分声波是从底部和转子轴传递到基础和其他部件,成为“结构传递噪声”(见图3)。
    从电机制造层面看,定、转子气隙过小,气隙不均匀,定、转子铁芯压装不紧,转子断条等是可以通过生产过程控制的。按统计规律,其噪声分布是分散的,所有电机的噪声特征不会集中在某一频率点上。
    从电机设计层面看,根据电机设计规范要求进行设计是电机设计工作者必须遵循的工作准则。当然有时会受到使用条件的限制而不能完全按理想设计要求进行设计,如电机的经长比,定子及机座的刚性等等。常识告诉我们,由设计不当造成电机噪声的故障带有成批性。
 
                             图3
 
    理论分析获知,电机产生2fo噪声的可能原因有:
    1.经向力波的频率与铁芯的某个固定频率接近或相等时,就会引起“共振”效应,这种情况下,即使经向力波幅值并不大,也会使铁芯变形、周期性振动和产生较大的电磁噪声;
    2.定子变形后引起周围空气振动,从而产生噪声,这时定子相当于一个声辐射器,因此电磁噪声大部分是“气载噪声”。
    3.电磁噪声是由气隙中谐波磁场相互作用引起的,其强度还与定子的动态刚度、固有振动频率和声学特征等有关。
    考虑到该批数万台风扇异步电机在噪声产生特征上的一致性(均为在2fo点分贝值很高,有明显的“嗡嗡声”),应该可以排除主要不是制造上的质量问题,这从当时几家电机厂动用了大量的人力、物力对该批电机的定转子同轴度、气隙均匀性、转子动平衡等作出调整和改进但仍无效果看就能充分说明这一点。因此我们只能从电机的设计和安装连接方式去思考问题,寻找问题的真正症结。设计问题因受到实际使用条件限制而不允许有大的改动,同时这批数万台电机已制造成台(浸过漆),不能通过设计改进后再行返工。
    余下的途径只有一条,只能通过改变电机安装方式来试图解决2fo噪声。根据内部了解到的情况,该公司可能对整个柜机的板金件、隔热填充材料、机箱等作了较大改进,而且无法恢复原状。
 
    四、对策措施
    传统安装方式均将电机与柜机板金件设计成柔性连接方式,电机支架通过橡胶垫与板金件的连接来隔断噪声(即结构传递噪声)通路,改变“共振”频率。因此几家电机供应企业也在传统连接方式上进行像胶件尺寸与形状的改变试验,但均无效果。
    从上述分析看,产生2fo噪声的主要原因是电机定子刚性不够,在电磁力波的作用下产生共振;如果柜机板金件与电机柔性连接后的固有频率与2fo频率相近,其共振的可能性更大。为此我们将改进的重点放到如何改变安装方式、调整柜机的“固有频率”上,采用了与通常柔性连接不一样的做法,采用刚性连接。在电机后机壳的散热孔上安排了四个金属固定块,同时取消防振橡胶垫,将电机支架直接与板金件固定,这样做不但改变了系统的固有频率(频率点上移),而且间接增加了电机定子的刚性,消除了电机定子一部分的自振。这一分析与试验得到了极好的效果,用人耳基本听不到电机的“嗡嗡声”。经与该公司中、日双方技术人员在超静消音室对随机抽样安装的8台室内柜机十几个小时的严密测量和频谱分析,效果十分良好(见图4平坦曲线),得到了极高的评价。
 
                              图4
 
    五、结语
    经过分析与大量试验,最后用最简单、最低成本的方法为某中外合资空调机公司解决了2fo噪声的危机,挽回了数百万元的经济损失,使该品牌商用空调的声誉未受影响。综上所述,在遇到问题和分析解决问题时要进行系统考虑和判断,不能被表像所迷惑。
 
 
    参考文献
    1.沈正标  电机故障诊断技术  机械工业出版社  1996.5   P.145~210
    2.杨万青,刘建忠等  实用异步电动机设计、安装与维修  1996.3  P.124~125
 
 
    作者简介:  姚 灵  1953.9出生   教授级高级工程师,  测试计量技术与仪器/电机与控制专业, 电话: 0574-88195868 , E-mail: yaoling@nbip.net  
 
 
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