异步电机噪声的静偏心影响分析

Aug.201235ElectricalAppliances■技术创新·日用电器前言随着人们生活水平的提高和环境的改善，消费者对于产品性能的追求，除了本身集中在产品中的固有性能，对产品的附加性能也越来越关注。其中，产品的静音效果和性能是人们日益关注的一个重点，这一点，对于家用电器产品尤为如此。电机作为家用电器常用驱动装置，在家用电器中使用率高，其噪声特点和噪声水平直接关系到产品的噪声性能。因此，目前针对电机噪声特点研究的内容和文献很多。比如正塩幡宏規等人进行了静偏心对电磁力的影响分析[1]，当谐波分量同结构的固有频率吻合时，激发出较大的噪声和振动。本文通过对某款电机出现多阶电源频率谐波分量噪声的异常现象进行了分析，并基于有限元法，对静偏心与电磁力和磁通密度的关系进行了分析。基于分析数据，对存在静偏心的电机进行了偏心的校正，对减小静偏心后的电机进行噪声测试验证。随着静偏心的减少，噪声的谐波分量也基本消除。异步电机噪声的静偏心影响分析王继承（珠海格力电器股份有限公司珠海519070）摘要：本文对某款电机电源频率谐波分量下噪声异常的产生因素进行了分析；基于有限元方法进行了静偏心对电磁力的影响分析；结合分析结果和规律，调整了问题电机静偏心量，再次噪声测试显示电机的电源频率谐波分量噪声大幅减少，验证了以上分析和方案的有效性。关键词：异步电机；电机噪声；气隙；静偏心Abstract：Inthispaper,thereasonsthatcausetheharmoniccomponentinthenoisebytheasynchronouselectricmotorisanalyzed.TheFEMisusedtoanalyzetheelectromagneticforceundertheinfluenceoftheeccentricity.Afteradjustingtheeccentricityofthemotor,theresultshowsthattheharmoniccomponentinthenoiseisreduced.Keywords：asynchronouselectricmotor；motornoise；airgap；eccentricity1问题描述某款窗机在系统匹配的时候，某厂家的电机安装风叶后，装到系统中，在半消声室采用50Hz电源进行系统的噪声测试。测试点位置取距离电机1m远的位置，采样硬件使用B&K的PULSE3560C，麦克风采用B&K的4190，在100Hz、200Hz、600Hz、700Hz、800Hz和1000Hz存在明显的噪声峰值，且耳听音质不好，噪声的频谱图如图1所示。经初步分析，噪声问题可能出现在电机上，从而对电机进行单独测试。电机不带负载的时候，并没有如图1所示的噪声谐波分量，同时耳听音质也较好，其噪声频谱如图2所示。为进一步弄清问题点所在，对单体电机再次进行加负载的测试，测试显示电源频率的谐波分量表现较明显，同时，耳听噪声较差，其噪声频谱如图3所示。基于以上测试数据对比分析，可以判断：(1)负载影响了电机的状态，导致电机辐射出电源频率的谐波噪声；(2)除电机本身发出的噪声外，电机安装到系统后，系统放大了在800Hz和362012年8月日用电器技术创新·TechnologyandInnovation1000Hz处的噪声。2理论分析异步电机由定子和转子构成，定子是静止部件，由铁芯、绕组和机座构成；转子是转动部件，由铁芯和铝条构成。定子铁芯内径同转子铁芯外径之间存在一定的间隙，此间隙称为气隙[2]。异步电机设计时，电机的定转子气隙一般采用对称性设计。但由于种种情况，会造成定转子的不对称性。一种情况，由于装配精度、零部件的尺寸公差会导致定子同转子轴的偏差，造成不同心，从而导致了电机定转子气隙的不对称，这种情况随着精密加工技术的发展已不再是主要问题。另一种情况，电机本身偏心不存在问题，但是带上负载后，由于负载本身存在径向力，导致偏心偏大，出现气隙不对称。这种由负载产生的定转子偏心现象比较常见，定转子不均匀的气隙示意图如图4所示。2.1静偏心电机存在静偏心时，会引起电磁力的不对称分布，将极大的增加电机的径向振动[3]。对于电磁力第一阶分量，可用式(1)来近似计算。(1)式中，-偏心量；-磁通密度-转子长度-转子半径p-极数从式(1)可以看出，电磁力同偏心量和磁通密度的平方成正比，随偏心量增加而线性增加，随磁通密度平方增加而线性增加。2.2电磁力的静偏心影响的有限元分析为分析具体的静偏心对磁通密度和电磁力的影响，建立电机电磁分析的有限模型，进行相关电磁分析。为捕捉气隙的磁通密度和电磁力的分布，同时提高气隙的计算精度，气隙离散布3层网格，气隙单元采用高阶单元，以保证合理的计算精度[4]。由于本分析主要是考虑径向