電動(dòng)機(jī)噪聲及其控制

劉學(xué)森

摘 要：隨著機(jī)械化水平的不斷提高，對(duì)電動(dòng)機(jī)的使用越來越多，電動(dòng)機(jī)的噪音問題是使用電動(dòng)機(jī)過程中面臨的最主要的問題，要想更好地解決電動(dòng)機(jī)的噪音問題，首先要對(duì)其出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行了解，這樣才能采取針對(duì)性的措施加以解決。筆者通過對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出幾點(diǎn)解決的措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)噪聲；主要降噪措施；輔助措施

電機(jī)質(zhì)量的一個(gè)重要考核標(biāo)準(zhǔn)就是噪聲，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械噪聲的原因有很多，出現(xiàn)問題的頻率比較高的就是軸承的振動(dòng)、物件的共振以及轉(zhuǎn)子的不平衡現(xiàn)象。除此之外一些比較異常的聲音出現(xiàn)還有可能是安裝過程中出現(xiàn)的零部件損壞等原因造成的，這些問題的存在都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.電動(dòng)機(jī)噪聲來源

1.1結(jié)構(gòu)噪聲源。

電動(dòng)機(jī)主要由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成的，所有電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)于轉(zhuǎn)軸不可能做到完全對(duì)稱（包括質(zhì)量分布和力矩平衡），這就勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電機(jī)在做功時(shí)因偏心轉(zhuǎn)動(dòng)而使轉(zhuǎn)子與軸承間產(chǎn)生偏心振動(dòng)，通過連接部件傳到機(jī)體，使底座和基礎(chǔ)間發(fā)生松動(dòng)碰撞，進(jìn)行放大，放大的結(jié)果類似于偏心打夯機(jī)。一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，機(jī)械噪聲是最明顯的。轉(zhuǎn)子不平衡是主要激振力，安裝松動(dòng)是助長(zhǎng)放大的“溫床”。

1.2風(fēng)扇噪聲源。

電動(dòng)機(jī)安裝風(fēng)扇是為了滿足散熱的要求，但高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，由于空氣與風(fēng)扇葉片之間的相對(duì)速度很大，葉片周期性打擊空氣，引起空氣的壓力脈動(dòng)，在葉片附近必然會(huì)出現(xiàn)大量渦流，從而形成強(qiáng)烈、寬頻帶的空氣動(dòng)力性噪聲，同時(shí)，激勵(lì)葉片振動(dòng)而發(fā)出振動(dòng)噪聲。

1.3進(jìn)氣、排氣噪聲源。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流通過進(jìn)口、出口（風(fēng)罩）處發(fā)生氣流擾動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)渦流、層流及噴流等現(xiàn)象，形成通氣噪聲，屬低頻空氣動(dòng)力性噪聲。嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而尖厲的口哨噪聲。

1.4換氣噪聲源。

風(fēng)扇進(jìn)行冷卻時(shí)，不斷抽換轉(zhuǎn)子和定子空隙之間的熱氣體，形成高速熱氣流，特別當(dāng)空隙存在間斷性和不均勻性時(shí)，氣流受阻引起非常強(qiáng)烈的笛鳴噪聲和渦流噪聲。

1.5電磁噪聲源。

電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲的因素十分復(fù)雜，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)理論，電機(jī)的電磁噪聲主要源于磁通穿過定子繞組與轉(zhuǎn)子鐵心間氣隙時(shí)所產(chǎn)生的徑向電磁力波，包括基波B1sinωt，由定子繞組磁勢(shì)所造成的各種諧波磁通∑Bnsinnωt，由轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì)所造成的各種諧波磁通∑Bksikωt，等等，相互作用產(chǎn)生徑向力波形成電磁噪聲。其強(qiáng)度與磁通大小、電機(jī)結(jié)構(gòu)、振動(dòng)特性、定子聲輻射的性質(zhì)等有關(guān)。

2電動(dòng)機(jī)噪聲的主要降噪措施

2.1機(jī)械噪聲源的降噪。

改善轉(zhuǎn)子平衡的程度是降低機(jī)械噪聲的關(guān)鍵措施之一，這很大程度上取決于電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和完善，制造、安裝水平的提高。①選擇適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)材料，提高加工精度，使轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布和力矩相對(duì)于轉(zhuǎn)軸盡可能接近完全對(duì)稱，并保持不變形。②選擇更高精度的軸承。③保證軸承和軸承座端蓋之間的配合良好，如用焊接代替鉚接。④提高裝配技術(shù)，校準(zhǔn)中心，維持好動(dòng)態(tài)平衡，注意維護(hù)保養(yǎng)。⑤底座和基礎(chǔ)之間采取阻尼減振措施，如橡膠、彈簧等，或安裝減振器，加大機(jī)座的阻尼（如襯墊阻尼材料：J70-1防振隔熱阻尼漿、瀝青石棉絨阻尼漿、軟木防熱隔振阻尼漿等）。這些都是降低機(jī)械噪聲的方法。

2.2空氣動(dòng)力性噪聲源的降噪。

空氣動(dòng)力性噪聲直接與氣流的線速度和氣壓差有關(guān)，因此，使風(fēng)路平滑，氣流順暢，減少突變，降低氣壓差和氣流速度，是降低空氣動(dòng)力性噪聲的關(guān)鍵。具體措施如下。

2.2.1電動(dòng)機(jī)主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的降噪。在額定轉(zhuǎn)速和不影響電機(jī)做功要求的前提下，合理設(shè)計(jì)電機(jī)結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增加定子與轉(zhuǎn)子的間隙，盡可能減小轉(zhuǎn)子的表面積，以最小限度的風(fēng)速、風(fēng)量滿足電機(jī)的散熱要求，這樣產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲降低就弱。提高制造工藝水平，使表面越光滑，不存在間斷性和不均勻性，對(duì)于降低電機(jī)產(chǎn)生的笛鳴噪聲，可以達(dá)到很好的效果。

2.2.2冷卻系統(tǒng)的降噪。風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期性打擊空氣而形成的渦流噪聲，所夾雜的基波和高次諧波與風(fēng)扇的葉片數(shù)、直徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，葉片數(shù)越多、直徑越大、轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的噪聲越強(qiáng)。因此，在滿足電機(jī)的散熱要求的前提下，改進(jìn)冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)形狀，葉片數(shù)量由多變少，縮小風(fēng)扇的外徑，是降低風(fēng)扇噪聲最有效的措施。要考慮設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)途徑，即風(fēng)葉和風(fēng)罩間的風(fēng)道與風(fēng)口罩，改進(jìn)排氣口（風(fēng)罩）和進(jìn)氣口形式，使風(fēng)路平滑，減少突變，氣流順暢，以有效減少渦流、層流噪聲。

2.3電磁噪聲源的降噪。

電磁噪聲是由電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場(chǎng)中各次諧波磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的徑向力波形成的。其強(qiáng)度決定于定子槽數(shù)、轉(zhuǎn)子槽數(shù)、極對(duì)數(shù)的配合數(shù)值。使轉(zhuǎn)子槽數(shù)減少且接近于定子槽數(shù)，并將轉(zhuǎn)子直槽改為斜槽，可增加漏抗，使各次諧波磁場(chǎng)在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中互相感應(yīng)的電流有不同程度的減小。這樣可有效控制和降低電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲。

3.降低電機(jī)噪聲的輔助措施

前面介紹的都是對(duì)電機(jī)本身的噪聲源采取降低噪聲的措施。當(dāng)電機(jī)噪聲源的噪聲降低到一定程度后，要繼續(xù)降低到環(huán)境噪聲控制的要求，有時(shí)要花費(fèi)很多生產(chǎn)制造上的費(fèi)用，這就要分析和權(quán)衡，可考慮采取輔助措施降低電機(jī)噪聲。所謂輔助措施是指在聲源以外配裝輔助設(shè)備的降噪控制措施，通過在聲源處控制、在傳播途徑上控制和保護(hù)接收者，最大限度地減小噪聲對(duì)人類健康危害。

3.1噪聲源處控制。

3.1.1消聲。用消聲器來降低噪聲。消聲器是一種既允許氣流順利通過，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置，可降低電機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲。目前應(yīng)用廣泛的是微穿孔板消聲器，其吸聲系數(shù)高，吸收頻帶寬，壓力損失很小，氣流再生噪聲低，且易于控制。

3.1.2隔聲。把聲源封閉在有限的空間內(nèi)，使聲源與周圍環(huán)境隔絕，隔斷輻射，如配裝局部隔聲罩、箱式隔聲罩、組裝式隔聲罩等。甚至建造具有足夠隔聲量的墻體，以及有一定隔聲性能的門、窗組成的隔聲間，將噪聲源封閉。

3.2噪聲傳播途徑的控制。

噪聲是通過空氣媒質(zhì)傳播的，根據(jù)聲學(xué)基本原理，接受點(diǎn)離聲源的距離每增加一倍，聲強(qiáng)就會(huì)降低6分貝。因此，可在聲源與受影響者之間修建隔聲屏障，修建表面涂有吸聲材料的吸聲墻等，從噪聲的傳播途徑加以控制。若條件允許，可使電機(jī)和作業(yè)場(chǎng)所遠(yuǎn)離居民區(qū)，并在傳播路徑上種植有一定密度和寬度的樹叢和草坪，設(shè)立專門的綠化隔聲帶，或利用地形（如山崗、土坡等）阻斷、屏蔽噪聲的傳播。

3.3保護(hù)接收者。

噪聲控制的最后一關(guān)就是保護(hù)接收者。首先，車間在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要具有吸聲效果，建材采用多孔性吸聲材料，以降低反射噪聲；直達(dá)噪聲仍超標(biāo)時(shí)，對(duì)車間操作人員要進(jìn)行直接保護(hù)，佩帶防護(hù)耳塞或防聲頭盔；對(duì)于強(qiáng)電磁噪聲環(huán)境下的工作人員，要進(jìn)行屏蔽保護(hù)?？紤]到工業(yè)噪聲對(duì)居民的影響，居民室內(nèi)可裝飾吸聲材料，安裝隔聲門窗，等等。

4.結(jié)語

電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備之所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大而且最為廣泛，是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)很容易將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，但同時(shí)不可避免地產(chǎn)生副作用――噪聲，電動(dòng)機(jī)的噪聲對(duì)人類健康造成了一定的危害，因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行噪聲分析及控制的研究具有理論和實(shí)踐的重要意義。綜上所述，要降低電機(jī)噪聲，重在改善電機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。電機(jī)制造廠不斷追求提高單位功率有效材料的利用率，而用戶追求效益，且民眾對(duì)噪聲問題的要求日益增高，為解決這一矛盾，必須綜合平衡電氣性能和噪聲特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]何祚鏞，趙玉芳等.聲學(xué)理論基礎(chǔ)[M].國防工業(yè)出版社，1981.

[2]盛美萍等.噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社，2003.

[3]許實(shí)璋.電機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.