(珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519000)
摘要:随着人们环保意识的不断增强,电机的噪声已经越来越多地被人们所重视,噪声已经是衡量电机质量的一项重要指标。在电机设计时就应充分考虑电机的噪声问题,特别是电机的电磁噪声,电机生产后一旦存在电磁噪声就很难补救。本文主要阐述了噪声产生的原因和降低噪声的主要控制措施。
关键词:异步电机 噪音 控制措施
Iscuss The Noise Analysis And Control Measures Of AC Asynchronous Motor
Zeng Wenzhi, Li Wenyu, Li Qing,Yuan Qiyi
(Gree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai. Zhuhai Guangdong 519000)
Abstract:With the continuous enhancement of people's environmental awareness, the noise of motor has been paid more and more attention, and the noise is an important index for measuring the quality of the motor. In the design of the motor, the noise problem of the motor should be fully considered, especially the electromagnetic noise of the motor. This paper briefly introduceS the causes of noise and main control measures to reduce noise.
Key words:Asynchronous Motor noise Control measures.
0 前言
经我司售后反馈分析,确认电机噪音主要涉及:电磁噪音、轴承噪音、异响(摩擦或异物导致)以及减震短路导致共振噪音。不同电机结构及使用条件不同,因此在售后投诉的侧重点存在一定的差异,详细按电机类别和售后对噪音的分类如下表:(注:表中√表示相关,√√表示强相关,×表示弱先关或无相关)
类别 | 铁壳室内电机 | 铁壳室外电机 | 塑封PG电机 | 无刷直流电机 | |
电磁噪音 | 电源谐波含量偏高 | √√ | √ | × | × |
端盖轴承室内径同轴度较差 | √ | √ | √√ | √ | |
定、转子近槽配合 | √ | √ | √ | √ | |
塑封注塑不良导致偏心 | × | × | √√ | √√ | |
塑封BP盖不良导致偏心 | × | × | √ | √ | |
转矩脉动引发换向噪音 | × | × | × | √ | |
异物、绑线、绝缘纸摩擦异响 | √ | √ | √ | √ | |
轴承噪音 | √ | √ | √ | √ |
1 电磁噪音
电磁噪音在空调器上由电机作为激振源的有以下三种,分别为:电源倍频噪音、齿谐波噪音、滑差噪音。
1.1 电源倍频噪音
交流异步电机正常工作时,定、转子存在以电源频率f(50Hz/60Hz)基频整倍数的频率周期性径向磁力波作用,一般Kf力波振动幅值较大,往外辐射明显,会产生较大幅值力波往外辐射,特别当电机偏心(转子轴线与定子轴向偏离)或转轴受破振动或弯曲时,此力波作用会更加剧烈,由此产生的噪音为倍频噪音[1]。
注:f为电源频率,K为力波次数,一般取1~5,常见取2
或4。
1.1.1 倍频噪音特点:
①出现峰值的频率为电源的整数倍;
②出现峰值的频率不随转速的变化而变化,转速变化通过调节电压来实现;
③主要存在于柜机、室内机、风管机和窗机,其中,柜机、室内机多数反映为100Hz(50Hz电源)和120Hz(60Hz电源)出现峰值噪音,窗机多数反映在200Hz或240Hz出现峰值噪音。
1.1.2 倍频噪音主要影响因素及改善措施
主要影响因素 | 改善措施 |
加工精度的影响,电机轴承室与轴承配合间隙过大,轴承室配合精度不良影响。 | 提高电机轴承室加工精度,严格控制轴承室公差。 |
电机使用电源的影响,电源处在正弦波夹杂谐波或畸变现象。 | 售后用户电源质量属我司不可控范畴,容易导致整机生产100Hz或200Hz噪音,需要从电机设计方面弥补,提高电机抗电源干扰能力。 |
整机后板或隔板强度影响,电机安装整机后,整个结构固有频率与安装板机械强度有关。板材厚,机械强度大,电机100Hz电磁脉动往往不足以引起共振,不会产生噪音。反之则会引起整机共振,产生噪音。 | 此情况往往可考虑改变固有频率降低或消除共振点,如更改电机安装脚厚度等,柜机后面面板加加强筋也会有改善。 |
其他减震机构(胶圈)硬度、方式影响,因减震胶圈硬度过硬,振动传递效率增大,电磁脉动还是会经减震胶圈传递到整机而放大,过软则把其完全压变形无法回弹,同样振动传递效率过高而失效。 | 选配硬度适中的减震胶圈作为减震机构。 |
1.2 齿谐波噪音
该噪音主要是因为电机在工作过程中,转子产生较大的转子电流,转子电流在转子斜槽上产生额外的谐波电流,该电流产生的附加磁场随电机周期性转动作用的结果[2]。齿谐波噪音一般有转子齿谐波噪音和定、转子齿谐波磁场噪音,激励源频率符合以下公式:
f={1+K×Z2(1-S)/P}×2f0或f={K×Z2(1-S)/P+2}×f0
注:(K为音阶或力波次数,在齿谐波中可取±1;±2;±3;S为转差率;P为电机极对数;f0为电源频率;Z2为转子槽数或叶片数或风道出线边角数)
1.2.1 齿谐波噪音特点:
齿谐波噪音的测试点频率随着电机转速的变化而变化,通常情况下转速升高频率会增大,反之则会下降。
1.2.2 齿谐波噪音的主要影响因素及改进措施
主要影响因素 | 改进措施 |
电机定子或转子变形、定子铁芯与端盖偏心、定子与转子之间偏心、槽配合不合理(一般S1-S2=±1,±2,±(P±2)时,定、转子相互作用产生的齿谐波噪音(P为极对数,S1、S2为定、转子槽数)) | 通过提高电机端盖、定子、转子加工精度,保证电机定子铁芯,定、转子配合精度,增大电机转子斜槽斜率,改变电机定子绕组绕线方案,使磁场分布更加均匀,都可以改善齿谐波噪音,但并不能完全消除齿谐波噪音。 |
1.3 滑差噪音
异步电机转子实际转速比同步旋转磁场转速滞后,转子转动通过磁密大的地方,定、转子会受到一个频率KSf0的力波作用,一般KSf0对外辐射效率低,但当转子转差率较小时,该力波会类似其他谐波,时域上分布在Kf0两边叠加作用产生附加转矩,这样会产生较大幅值的力波并向外辐射,特别当电机偏心(转子轴线与定子轴线偏离)或转轴受迫振动或变弯时,此力波作用会更加激烈从而产生滑差噪音。滑差噪音符合以下公式:
f=KSf0或f=Kf0±KSf0(K为音阶或力波次数,S为转差率,f0为电源频率)
1.3.1滑差噪音特点
滑差噪音一般频率较低,往外辐射效率低,一般少出现。滑差噪音的测试频率是随电机转速的变化而变化,通常情况下转速升高频率会增大,反之则会降低。
1.3.2滑差噪音主要影响因素及改进措施
主要影响因素 | 改进措施 |
滑差噪音一般为整机运转过程中转子磁脉动与离心风叶共振,通过电机端盖传递隔板辐射的结果,大量实验发现共振点在风叶嵌套与之接和的轴之间。 | 改变嵌套孔及电机几何形状,同时在轴向改螺母打紧,这样一方面改变结构、质量分布改变固有频率,消除原先嵌套与轴间有较大缝隙,同时增加风叶嵌套与轴配合机械强度,降低风叶运转时反振动作用。 |
1.4关于电磁噪音问题小结
类别 | 激振源 | 力波频率 | 注释 |
电磁噪音 | 基波磁场或电源谐波磁场 | f=Kf0 ,K一般取5或以下,取值大的一般由电源引起。 | 经常出现在柜内机和窗机,如50Hz电源100Hz、200Hz;60Hz电源120Hz、240Hz。 |
转子谐波磁场 | f={1+K×Z2(1-S)/P}×2f0 | 电机定子或转子变形、偏心或槽配合不好会出现。 | |
定、转子相互作用齿谐波磁场 | f={K×Z2×(1-S)/P+2}×f0 | 电机定子变形、偏心或槽配合不好会出现。 | |
转差引起 | f=KSf0 | 频率较低,往外辐射效率低,一般少出现。 | |
转差在基波磁场形成谐波 | f=Kf0±KSf0 | 一般少出现 | |
注:K为音阶或力波次数,在齿谐波中可取±1、±2、±3,其余取1、2、3;f0为电源频率;Z2为电机转子槽数;S为转差率;P为电机极对数。 |
2轴承噪音
目前我司除风扇电机使用的为含油轴承,其他基本使用滚珠轴承,对于滚珠轴承而言,就是通过应用滚动体实现整体轴承的滚动摩擦,减少原有模式下的摩擦作用力。但是由于受到润滑剂性能不良,滚动体表面磕碰伤、杂质或尘埃进入滚珠滚道,滚动体与保持架兜孔剧烈碰撞、轴承在内外滚道存在磕碰等因素影响,造成滚动轴承在使用过程中会发生不同程度的异响声音,不仅会影响使用功率,同时还会造成相应的噪音困扰。
2.1 轴承噪音的特点
轴承噪音分为低、高频两部分,可以用以下方法进行判定:低频部分:f=n×K/60或nz/10或nz/30 一般由于内、外圆偏心或不规则滚动元件排列不规则或有斑点引起震动或轴向窜动引起[3]。高频部分峰值多在2000Hz或3000Hz由滚珠轴承的接触面的波纹及表面损伤引起。
类别 | 激振源 | 力波频率 | 注释 |
轴承噪音 | 低频部分 | f=n×K/60或nz/10或nz/3 | 内、外圆偏心或不规则滚动元件排列不规则或有斑点引起震动或轴向窜动引起。 |
高频部分 | 峰值多在2000Hz或3000Hz | 滚珠轴承的接触面的波纹及表面损伤引起。 | |
注:n为转速(r/min);z为轴承滚珠数。 |
2.2轴承噪音的常见影响因素及噪音特征
常见影响因素 | 噪音特征 |
轴承内外滚道处在磕碰伤、划伤或严重缺陷引起异响 | 这种问题的产生会导致轴承在使用过程中,内外滚道会因裂缝、划伤等原因发生周期性振动脉冲,同时产生相应的异响噪音频率。 |
滚动体表面磕碰伤、划伤等缺陷引起异响 | 这种硬性因素与上一个基本上存在一定的相似度、都是由于划伤裂缝等问题,引起异常声音的产生。但是有一点不同的是这种问题会产生 非周期性的振动脉冲。 |
由于剩磁吸附铁粉末存在于滚道或滚动体上引起的异响 | 周期性或非周期性的振动脉冲 |
滚动体与保持器兜孔之间剧烈碰撞引起异响 | 非周期性的振动脉冲 |
杂质或尘埃进入轴承滚道运行区域引起异响 | 非周期性的振动脉冲 |
滚道中润滑剂性能不良,造成滚动体从滚动摩擦变成滑动摩擦引起异响。 | / |
3异响(摩擦或异物导致)
3.1基本分类
本文提及的异响主要包含有零部件摩擦和机内异物两类。
3.2零部件摩擦
生产过程零部件整形不良(如美纹纸、槽绝缘纸整形不良、绑扎线线头处理不当)等导致机内有异物。
主要异物来源 | 改进措施 |
转子铝屑 | 对转子铸铝模全面清查整顿,必须保证铸铝的完整性,不得留有毛刺、飞边; 转子精车工序必须做好调模及车刀的异常点检和维护,保证加工后转子表面光洁平整,不留杂质; 转子抛光和清理必须保证残留铝屑被刷干净,并使用高压气枪清理,吹掉的铝屑需使用吸气工装收集。 |
塑封料 | 塑封电机注塑后定子的打磨、抛光必须保证残留塑封料被刷干净,并使用高压气枪清理,吹掉的铝屑需使用吸气工装收集。 |
其他杂质 | 应选用不易掉毛的手套,杜绝员工拿取定子时将棉线挂在上面; 对于绝缘纸、绑扎线的碎料必须统一收集,严禁残留在电机。 |
4减震短路导致共振噪音
电机在通电运转过程中其产生的摩擦、轴承传动以及振动产生的声音,由于电机转子的动不平衡以及单边磁拉力作用,电机振动通过电机支架和电机罩壳直接传入空调的框架中,容易产生颤动或共振,使得噪音增加。
为解决此问题,一般室内空调使用的电机都会具备一定的减震结构,如挂壁式空调内机电机的前后减震圈、柜内机电机的减震脚垫等,通过使电机减震结构与空调框架直接接触达到减震、降噪的效果[4]。然而,在售后反馈和总装装配工艺检查过程中,经常发现电机的减震结构被“短路”的现象,导致电机本体与空调框架硬性接触,无法起到减震的作用,进而诱发整机颤动或共振,使得噪音增加。常见案例为电机引出线走线不合理、热保护器凸台尺寸异常、后胶圈安装脚异常导致的电机线碰底壳、电机碰电机压板以及电机热保护器壳碰底盘问题,即为典型的“减震短路”现象。
5电机噪音问题检验技巧
5.1机械噪音
在检验中可采用断电法来判定,即在断电瞬间,电磁噪音消失,由于惯性转子继续运转,此时耳听内部定子绝缘胶纸碰响摩擦、内部金属异物扫膛、轴承噪音等声音存在,即为机械噪音。
5.2电磁噪音
电机空载通电时,电磁声均匀,此时可采取堵转法或加重法判定,堵转用专用工装堵住电机轴缓慢转动180°。如内部气隙均匀,在180°耳听电磁音也均匀,属于正常。加重发(此方法用于检验6Hz的电机):即在电机轴切方向受力,因60Hz电源的电机在空载测试时比50Hz噪音大,当在带负载或轴向受力或噪音明显减少。
5.3检验方法
入厂检验电机噪音时,应从电机轴伸端、电机非轴伸端和电机本体侧面三个方向去耳听电机音质情况,对于塑封PG电机检验需要用手将电机上下左右摇晃两下(主要检验是否有异物残留在电机内部),在按以上方法耳听电机音质情况。
总结
首先通过上述电机噪音问题检验技巧的运用,对交流电机出现的噪音进行分类判定,再结合上述各类噪音产生原理分析,根据噪音产生的根源解决噪音异常,达到快速有效的完成交流电机噪音分析和整改优化。
参考文献
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Xin Shangjun, Liang Qingxin. ReSearch on key technologieS of low-noiSe low-vibration aSynchronouS motorS. Small and medium-Sized motorS, 2004, 31.
[4] 齐辉 ,李永辉,段建刚.电机噪声的类别、分析方法以及防治措施的研究进展[J ].2007,3:4 6~ 48.
Qihui, Li Yonghui, Duan Jiangang. ReSearch progreSS of motor noiSe category, analySiS method and prevention meaSureS[J]. 2007, 3:46~48.
作者简介:
曾文志(1985-),男(汉族),广东珠海,大学本科学历,主要从事电机开发设计工作。
E-mail:344734137@qq.com