单相异步电动机电磁噪声及降低方法分析

单相异步电动机电磁噪声及降低方法分析

林永

中山大洋电机股份有限公司 528400

摘要：为了合理降噪，提高单相异步电动机使用性能，彻底解决电磁噪音的问题，本文将结合实际工况，对电动机电磁噪声形成的原因进行有效分析，并在此基础上提出精准的降噪方法，以便为后续工作提供借鉴。研究发现，电动机产生电磁噪声的情况较为复杂，通常情况下是由多种因素引起的。在众多因素中，谐波分量是主要影响因素，特别是频率和机座频率差异不大的谐波，更需要引起重视。因为稍有不慎，便会导致振动过大，从而产生噪声。基于此，现实中改善异步电动机电磁噪声的科学途径有二，一是选择合理的气隙；二是增加槽数。

关键词：降噪方法；电磁噪声；单相异步电动机

引言：电动机电磁噪声是比较常见的问题，电磁噪声的产生是因为电动机定、转子间存在磁场脉动，电动机在运行的过程中会引起定子、转子连接结构发生振动，从而形成噪音干扰问题。因此，现实中可以将电磁噪声直接看作一种结构噪声，想要从源头有效控制住噪音，就要从结构优化入手。

1单相异步电动机结构

单相异步电动机构成相对复杂，除了定子、转子之外，还主要由轴承、机壳、端盖等系统构件构成。其中定子的核心是带绕组的铁心，从这一点来看，单相异步电动机和三相异步电动机结构相类似。铁心的制作工艺是由硅钢片冲槽叠压而成，需要强调的是，槽内需要嵌装两套运行绕组和辅绕组(空间互隔90°)。主绕组产生旋转磁场，提供平稳的作用力，辅助绕组产生励磁磁场，两者相互配合，确保运行方式平稳和高效。

转子则是圆柱形铁心，在其上面安装了一定数量的导体(如铜条)，借此保障工作效果。实际运行中，导体数量和位置不同，意味着电动机的运转方式也会不同。此外，转子内部还将设有永磁体，主要功能在于可进一步增强电动机的磁场强度。一般情况下，当定子通电后在源源不断旋转磁场的作用下，相应转子上的导体可以明显感受到电动势的作用，从而形成一种感应电流，逐步构建成稳定的磁场。通过定子作用的带动，转子会受到力矩的影响，进而出现转动的动作。单相异步电动机结构示意图，如下图1所示。

图1 单相异步电动机结构示意图

单相异步电动机因为在现实工作中只需要单相交流电，使用的安全性更高，并且还具有结构简单、成本低廉以及干扰较小的特点，所以单相异步电动机使用广泛，可应用到家用电器和规模较小的动力机械中。

2单相异步电动机噪声分类

电动机电磁噪声的形成与电动机铁芯周期性振动有关。在交变磁场中，一旦铁芯引起周边结构振动，就会出现电磁噪音。正常电磁噪声是一种较为稳定的“嗡嗡”声，断电之后这种声音会消失。电磁噪声的大小通常情况下取决于电动机的电路情况以及电动机磁路结构的对称性，随着电压高低情况的变化，电磁噪音也会发生改变。

通过研究发现，电磁噪声的噪声频率有高低之分，高频的电磁噪声会相对尖锐一些，类似哨声，这种噪声的产生与电动机设计缺陷有关，无法通过后期改善，只能重新进行结构设计。常见的方法有采用低谐波绕组以及闭口槽等，对高频噪音进行控制。相对比之外，低频电磁噪声较沉闷，多数是由制造缺陷引起的，常见的问题是气隙不均匀、转子不平衡等。现实工作中，想要有效降噪，就要弄清异步电动机噪声类型，从而提出针对性措施。

3电磁噪声形成的原因和解决思路

3.1电磁噪声形成的原因

电磁噪声形成的原因相对复杂，可总结为以下几点：（1）气隙空间磁场结构特殊，会形成一种特殊的旋转力波磁场，从而诱发周期性振动。（2）高次谐波分量的存在。通过研究发现，电动机运行期间高次谐波的径向力波会形成一种作用力，这种作用力会直接作用于定、转子铁心上，进而出现周期性振动[1]。（3）实际使用中，受到不同阶次谐波的影响，电动机的定子铁心固有频率会出现和径向力波频率接近或相等的情况，在此种特殊情况下会引起“共振”现象。“共振”现象是直接导致结构周期性振动的决定性因素，如果不采取干预措施，就会出现较大噪声[2]。

3.2电磁噪声的解决思路

通过研究发现，电动机产生电磁噪声是由多种因素引起的，其中谐波分量的影响不容忽视。针对此种情况，在实施降噪处理过程中，可采取以下思路。

一是，选择合理的气隙。实践证明，异步电动机在使用过程中需要从电网上吸收电流，通过一些无功电流的吸收慢慢建立励磁磁场。正是因为如此，异步电动机气隙无法过大，一旦异步电动机气隙过大，将会直接促使电动机的功率降低。但需要注意的是，异步电动机气隙同样也不能太小，否则会增加生产和制造的难度。并且，会因为定转子同心度不够，从而导致轴变形问题，最终诱发定转子擦铁等问题。

二是，适当增加槽数。现实中，适当增加槽数也可以起到缓解噪声影响的效果，但这种方法需要慎用，因为随着槽数的增加，电动机铜材料用量也会随之增加，最终导致总的绝缘材料用量增加。通常情况下，为了消除齿谐波，规避这方面的影响，异步电动机在设计和制造过程中会采用转子斜槽的设计方法。结合现实经验可知，中小型电动机降低噪声可直接采用合适槽+气隙的措施，确保达到理想的降噪效果

[3]。除此之外，机械结构的加工精度同样不容忽视，加工精度以及装配效果均会影响电动机的噪声大小。

4有效的电磁噪声降低方法

4.1针对新设计的电动机

在设计过程中想要对电磁噪声进行降噪处理，可采取的优化方法有：（1）在原始结构上增加定子槽数，通过这样的可行措施，有效调节谐波分布系数，强化结构优化效果；（2）采用合适的槽配合方式，在设计环节中选用合适的气隙长度，强化设计效果；（3）使用转子斜槽，在具体工作中选择合适的绕组节距，并且合理优化接线方式。以上为总的思路，下面将进行细致介绍。

4.1.1增加定子槽数

通过对电磁噪声解决思路的分析可以看出，增加定子槽数是一种有效的方法，在具体应用场景中通过定子槽数的增加，可合理优化电动机的使用结构，并且在一定程度上控制结构缺陷产生，优化谐波分布系数，科学实现降噪目的。研究发现，分数槽绕组的磁动势较为特殊，存在不同的奇数次和偶数次谐波，在特殊的场景中谐波和气隙磁场可以彼此作用和抵消，从而带来电磁噪声。具体实践中，为降低和控制这方面的噪音，可通过增加定子槽数，设计整数槽绕组，借此科学调节谐波分布系数，确保设计效果。

4.1.2选择合理的槽配合方式

在单项异步电动机设计和制造中，想要对电磁噪音有效控制，就要密切关注定、转子的齿槽配合情况，以便严重影响电动机的附加转矩，从而产生剧烈振动和噪声。结合相关操作试验可知，提高定、转子槽配合度，可优化整机结构性能，使电动机正常起动，从而达到机械特性曲线平滑的理想工作效果。在理想的工况下，可确保运转时无强烈振动发生，从而让电磁噪音损耗得到科学控制。基于此，在电动机设计环节中，要选择相对成熟的定、转子齿槽配合方式，借此预防电磁噪音过大的问题。

4.1.3选用合理的气隙长度

除了上述措施外，还可以结合现实情况选用合理的气隙长度，通过科学的手段，提高气隙距离，在相关技术保障下，促使气隙磁导受到控制[4]。结合现实经验可知，气隙长度增大之后，会产生一系列的变化，诱发性能指标变差，在此前提下促使电动机功率因数降低，从而出现空载电流增大的特殊情况，直接提高故障可能性。故此，需使用有效手段，将系统指标参数控制在理想范围内，以免影响系统的稳定。

4.1.4选择合理的转子斜槽

研究发现，定子或转子铁心在设计中采用斜槽后，可大大提升整体结构性能，使径向力波沿铁心轴产生一定的位移，在此过程中迫使电磁力降低，在电磁力降低的前提下，自然会减少电动机的振动，提高电动机的整体运行效率。为此，在电动机设计阶段，选择合理的转子斜槽对电磁噪声的抑制有极强的作用。

4.1.5优化绕组型式，科学选择节距和接线

在电动机设计过程中，为实现电动机性能结构的调节，可从降低噪声角度考虑，在结构优化中将双层绕组作为首选。与此同时，搭配使用减少磁动势波的方法，借助相关技术精准控制谐波含量，最终达成降低力波幅值和噪声的控制目的，合理强化设计效果。此外，严格控制转子断条等结构缺陷，在具体设计中充分考虑磁场对称性。因为一旦磁场结构不对称，就会促使转子产生谐波。基于此，在实施电动机结构设计时需明确电磁噪音的类型和成因，综合考虑多种因素，使并联路数等于极数，借此优化电动机的使用性能。针对极数较小的定子绕组现象，在串联每路绕组时，为合理强化设计效果，可采用隔磁极相连的有效措施，合理减小电磁噪声。

单相异步电动机极矩τ的计算公式为。在上述公式中Q为重要的常数，即电动机的定子槽数，对电动机应用性能有决定性的影响；p为电动机的极对数。通过研究发现，不同节距的使用，会影响电动机的运行电动势，为此需要将绕组节距参数优化作为电动机设计的重点内容，借此合理降低电磁噪音。结合相关研究可知，当绕组节距为2时相对理想，可以消除部分的高次谐波，同时确保电动机的相反电动势谐波在理想的范围内。

4.2针对已经生产出来的电动机

上述降低电动机电磁噪音的方法主要针对的是设计和制造阶段的电动机，那么针对已经生产出来的电动机，又该采用怎样的降噪方式呢？总结现实经验可知，针对已经生产出来的电动机，降低电磁噪音的方法主要可总结为以下几种：（1）调整机座断面惯性矩。实操中，将机座断面惯性矩适当增加，借助这样的方式，避开共振区，起到有效降噪的效果。（2）改善磁场分布状态。在单相异步电动机改造中，通过科学计算，可有效改善磁场分布，增加或减小极靴宽度，在此技术保障下使得基波接近正弦波。事实表明，上述的降噪理念较为有效，可对高次谐波分量合理控制，进而平衡磁场结构，从源头抑制电磁噪音的产生。（3）调整定子绕组接线轮换数。现实中，要结合实际工况和电动机结构性能参数，对定子绕组接线轮换数进行合理调节，结合电动机使用性能需求，科学控制电动机绕组形成的反转波，从源头严控电磁噪音。需要注意的是，针对齿谐波含量较高的情况，在对电动机噪音控制中可以采用磁性槽靴的方法，科学降低噪音分贝。（4）降低电动机转速。通过研究发现，单相电动机的转速是重要参数，与噪音大小存在明显的关系。基于此，单相电动机日常使用中如果电动机噪音大，则可以考虑降低电动机的转速。现实中可借助更换皮带轮以及使用减速器的方法，调节电动机转速，借此达到降噪目的。（5）使用隔音材料。在单相电动机使用过程中，如果噪音大的根源是结构本身性能不佳从而产生噪音，那么可以借助隔音材料来对噪音实施有效控制。常见的隔音材料类型众多，主要包括海绵、聚苯乙烯等。（6）加厚电动机外壳。结合现实工作经验可知，电动机外壳是噪声的主要来源，为此可以使用加厚的电动机外壳，抑制噪声的产生。此外，还可以使用降噪器等设备，对电动机电磁噪音实施过滤处理，科学规避噪音的影响。（7）安装减震器。必要时，可以安装减震器，借此从源头抑制电磁噪音的形成。减震器可以有效地对电磁噪音实施干预，减少电动机振动和噪音。减震器通常采用橡胶等材料制作，该材料可减少振动和噪音传递，从而起到减震和防噪音的作用。

结论：综上所述，电磁噪声产生的原因较为复杂，多数情况下与定、转子的齿槽配合不密切；定、转子同心度偏差以及转子斜槽等有关。为有效从源头抑制电磁噪音，需明确单相异步电动机电磁噪声类型和形成的原因，在此基础上提出针对性的降噪方法，借此提高单相异步电动机的运转性能。现实中科学的降噪措施有选用合适的齿槽配合方案；调节定、转子气隙等，研究发现以上措施的综合运用可有效实现电动机降噪的目标。

参考文献：

[1]陈金刚.三相异步电动机电磁噪声产生原因及预防措施[J].电气防爆,2022(05):23-24+28.

[2]闫新健.车用异步电动机的噪声分析与噪声控制综述[J].内燃机与配件,2021(10):90-91.

[3]吴铭. 基于电磁激励的永磁同步电动机振动与噪声分析及优化研究[D].福建工程学院,2022.

[4]欧忠杰. 电动汽车用永磁同步电动机电磁噪声的研究[D].广东工业大学,2022.