Анализ электромагнитного шума двигателя и ослабления
Электромагнитный шум двигателя в основном вызван волной электромагнитной силы, генерируемой электромагнитным полем в воздушном зазоре, которое вызывает вибрацию ярма сердечника и излучает шум через корпус двигателя. Когда частота силы возбуждения соответствует собственной частоте вибрирующего компонента, вибрация и шум будут увеличиваться. Величина электромагнитного шума зависит от величины электромагнитной силы, характеристик вибрации конструктивных частей двигателя и акустических характеристик самого двигателя.
Существует множество конструктивных факторов и неисправностей, которые могут привести к увеличению электромагнитного шума, таких как дисбаланс магнитного притяжения, эффекты насыщения сердечника, колебания магнитного потока и т.д.
Из-за наличия магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором создается электромагнитная сила. Под действием радиальных электромагнитных силовых волн электромагнитная сила действует непосредственно на зубья или магнитные полюса, и сердечники статора и ротора деформируются. Анализ показывает, что основной источник шума вызван не вибрацией зубьев и магнитных полюсов, а вибрацией железного сердечника и хомута. Поскольку ротор прикреплен к вращающемуся валу и его жесткость намного больше, чем у статора, в основном изучается шум, вызванный вибрацией хомута сердечника статора.
Для упрощения анализа сердечник статора часто анализируется в виде цилиндра. На оболочку действует радиальная электромагнитная сила с волновым числом n, которое периодически меняется со временем, показывая распределение косинуса в пространстве. При заказе с небольшим усилием, когда железный сердечник деформируется силовой волной, расстояние между соседними узлами велико, жесткость относительно низкая, а деформация относительно большая, что вызывает сильную вибрацию и шум. Под действием силовых волн разного времени кольцо хомута статора имеет разные собственные частоты. С увеличением высоты хомута увеличивается собственная частота; чем больше средний радиус кольца хомута, тем ниже собственная частота.
Электромагнитные силовые волны вызывают вибрацию железного сердечника и заставляют вибрировать окружающий воздух, создавая электромагнитный шум. Звуковая энергия излучается в пространство через корпус. Если размер корпуса двигателя больше длины волны излучения, корпус рассматривается как плоский излучатель. В настоящее время диапазон частот электромагнитного шума часто составляет от 100 Гц до 4000 Гц.
Для создания большого электромагнитного шума должны выполняться следующие условия:
(1) Амплитуда электромагнитных силовых волн, которые генерируют вибрацию и шум, велика.
(2) Порядок n электромагнитных силовых волн относительно невелик.
(3) Частота возбуждения электромагнитной силы совпадает с частотой естественной вибрации сердечника. Даже если электромагнитная сила в это время относительно невелика, электромагнитный шум будет значительно увеличен из-за резонанса.
Среди различных гармоник большое влияние оказывает зубчатая гармоника, особенно зубчатая гармоника первого порядка. С одной стороны, поскольку коэффициент зубчатой гармоники намотки такой же, как у основной волны, нелегко использовать короткое расстояние и распределение, чтобы ослабить его, а амплитуда относительно большая. С другой стороны, при неправильном выборе зубчатого зацепления частота генерируемых гармонических электромагнитных силовых волн будет очень низкой. Следует выбирать соответствующие зубчатые зацепления, чтобы избежать создания электромагнитной силы с малым количеством силовых волн.
Способы снижения электромагнитного шума:
(1) Используйте синусоидальную обмотку. Синусоидальные обмотки могут использоваться как для трехфазных, так и для однофазных двигателей для уменьшения определенных гармонических составляющих магнитного потенциала и снижения шума.
(2) Разумно выбирайте зубчатое зацепление статора и ротора.
(3) Равномерность воздушного зазора и выбор величины воздушного зазора. Например, после увеличения воздушного зазора с 0,25 мм до 0,35 мм уровень шума снизился на 4-6 дБ (А). Однако после увеличения воздушного зазора ток возбуждения или толщина постоянного магнита увеличатся, а коэффициент мощности cosφ уменьшится. Это необходимо всесторонне учитывать.
(4) Желоб.
(5) Уменьшите резонансный шум управления магнитной плотностью.
В микродвигателях иногда собственная частота конструктивной детали может совпадать с частотой электромагнитной или механической силы возбуждения, поэтому легко возникает резонанс. Уровень шума во время резонанса относительно высок. В этом случае необходимо выполнить спектральный анализ вибрации или шума и рассчитать, определить собственную частоту основных компонентов.
Кроме того, зубчатые гармоники и электромагнитный шум также можно уменьшить, используя такие стратегии, как перекос пазов якоря, неравномерные воздушные зазоры в двигателях постоянного тока и клинья магнитных пазов в двигателях переменного тока.
В процессе контроля шума двигателя мы также должны обращать внимание на проблему источников механического шума. Выбор высокоточных подшипников, обеспечение хорошей координации между подшипниками и торцевыми крышками корпусов подшипников, совершенствование технологии сборки, калибровка центров, поддержание хорошего динамического баланса, а также принятие мер по демпфированию и снижению вибрации - все это эффективные способы снижения механического шума.