合肥工业大学电机设计基础-9

1、 第九章第九章 噪声和振动噪声和振动9-2 感应电动机的电磁振动 旋转电机的噪声有三个来源： 1）空气动力噪声，如风扇、转子表面的凸起物旋转带来的噪声。 2）机械振动，如轴承的振动，轴的振动等。 3）电磁振动，如气隙旋转磁场引起定、转子铁心表面吸引力的波动，使得定子铁心变形，产生振动。9-2 感应电动机的电磁振动 定、转子齿之间的电磁力分径向和切向，切向力产生电磁转矩，也产生振动，但对噪声的影响是次要的。径向力不产生转矩，但它是电磁噪声的主要来源。 以异步电机为例说明径向力波产生的原理以及力波的次数等概念。（约2kg/cm2） 下面推导异步电机气隙中电磁径向力波的表达式 。 9-2 感应电动机

2、的电磁振动),(),(),(),(tftftftfp 一、定子绕组和转子绕组的磁势101( , )cos()( , )cos()( , )cos()ppftFptftFtftFt其中9-2 感应电动机的电磁振动 二、气隙磁导（只考虑平均分量和一阶分量）2011221( , )coscos(1)tZtZZsp 9-2 感应电动机的电磁振动 三、气隙磁场 b(,t)=f(,t)(,t) 忽略次要成分，得以下5项主要的成分：9-2 感应电动机的电磁振动 （一）主波磁场)cos(),(01101tpBtfbp上式表示极对数为p，角频率为1的基波旋转磁场。9-2 感应电动机的电磁振动 （二）由定子绕组谐

3、波磁势建立的谐波磁场)cos(),(10tBtfb上式表示极对数为，角频率为1的定子谐波磁场。9-2 感应电动机的电磁振动 （三）由转子绕组谐波磁势建立的谐波磁场)cos(),(0tBtfb上式表示极对数为，角频率为的转子谐波磁场。9-2 感应电动机的电磁振动 （四）因为定子开槽引起的一阶齿磁导谐波磁场)cos(cos),(1111111ttpttpZBZtfb上式表示极对数为Z1+p或-Z1+p，角频率为1的定子一阶齿谐波磁场。9-2 感应电动机的电磁振动 （五）因为转子开槽引起的一阶齿磁导谐波磁场1)1 ()cos(cos),(21222221ttpttspZpZBZtfb上式表示极对数为

4、Z2+p或-Z2+p，角频率为的转子一阶齿谐波磁场。9-2 感应电动机的电磁振动 四、气隙磁场产生的径向力波022),(tbpr如果把前面的气隙磁场的5项主要成分之和加以平方，则得到15项，过于繁琐。怎么办?必须舍去次要的力波。9-2 感应电动机的电磁振动 关于电机铁心和机座的振动有近似公式4krpA9-2 感应电动机的电磁振动 即在铁心和机座刚度相同的情况下，振动加速度的幅值A正比于激振力p，反比于振动次数（阶数）r的四次方。这就是说，激振力越大，振动次数越低，振动加速度的幅值越大。 又，人耳对高频噪声较为敏感。因此为避免过于繁琐，我们在分析异步电动机的气隙力波时，重点分析那些幅值大，次数低

5、、频率高的力波。9-2 感应电动机的电磁振动)222cos(4, ,4)(2cos1221201021102101001021021tpBpBppptpBbpr 从振动的观点看，重要的是以下的力波： （一）主波磁场产生的力波9-2 感应电动机的电磁振动 该力波的次数（阶数）为2p，角频率为 21。特点是幅值大。9-2 感应电动机的电磁振动 （二）由定、转子谐波磁场相互作用产生的力波)()()cos(222100utBBbbp 该力波的次数（阶数）为+ 或-，角频率为1+或1+。特点是可能出现次数为0的情况。9-2 感应电动机的电磁振动 （三）由定、转子一阶齿磁导谐波磁场相互作用产生的力波)()

6、1 (1 )()cos(22221122102102121tttttttttspZpZpZBBbbp9-2 感应电动机的电磁振动 该力波的比较低的次数（阶数）为 Z1-Z2 或 Z1-Z2-2p，角频率为。特点是可能出现力波次数为0、1、2的情况，且角频率较高。9-2 感应电动机的电磁振动 结论： 异步电动机定、转子的槽配合对电机的电磁振动有重要影响。 如果定子槽数Z1和转子槽数Z2相等或相差2p，则会产生0次的力波。 如果定子槽数Z1和转子槽数Z2相差1或2p-1，则会产生1次的力波。9-2 感应电动机的电磁振动 如果定子槽数Z1和转子槽数Z2相差2或2p-2，则会产生2次的力波。 由异步电

7、动机定、转子一阶齿磁导谐波磁场引起的电磁振动是电机高频振动的主要成分之一，它的频率有两个：121)1 (fspZ121)1 (fspZ9-2 感应电动机的电磁振动 【补】一台异步电机，f1=50Hz，2p=4，Z1=24，Z2=22。该电机空载时由定、转子一阶齿磁导谐波磁场相互作用产生的力波次数是多少？频率是多少？ 【补】一台异步电机，f1=50Hz，2p=4，Z1=48，Z2=44。该电机空载时由定、转子一阶齿磁导谐波磁场相互作用产生的力波次数是多少？频率是多少？9-2 感应电动机的电磁振动 五、斜槽对电机振动的影响 感应电机的转子一般采用斜槽，斜一个定子齿距。斜槽可以削弱齿磁导谐波磁场带来

8、的力波幅值。 可以从物理直观上说明(以Z1=Z2为例)。9-2 感应电动机的电磁振动 六、气缝隙偏心对电磁振动的影响 静偏心：转动轴与定子内圆不同心造成，偏心位置固定。 动偏心：转动轴与定子内圆同心，但由于转子本身的原因（比如，转子一边凸起、转子是椭圆形）造成，偏心位置不固定。 从产生电磁振动的角度看，动偏心比较重要。9-2 感应电动机的电磁振动 静偏心 动偏心9-2 感应电动机的电磁振动 考虑转子偏心对电磁振动影响的思路： 写出转子偏心后气隙磁阻R的表达式 把R倒过来，得到气隙磁导的表达式。 用气隙磁势乘气隙磁导的表达式，得磁场的表达式。 在磁场表达式中，去除前面转子不偏心时已经推出的正常的

9、磁场表达式，剩下的就是因为转子偏心带来的新的磁场。9-2 感应电动机的电磁振动)cos(11)cos(111),(1)cos(1)cos(),(01001001010tttttt)cos(1 ),(010tt电机偏心后，气隙磁导可近似写成:以转子一边凸起造成的动偏心为例，气隙磁场的推导过程：9-2 感应电动机的电磁振动 用主波磁势乘以上式，得)cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos(1 )cos(011010110100101001001ttpBtpBttpFtpFttpFppp上面的第一项前面已经考虑过，去除。对第二项进行积化和差，得9-2 感应电动机的电磁振动)()1cos(2010111tpBb该磁场与主波磁场相互作用，可以产生次数较低的力波：r=p+1-p=1 或 r=p-1-p=-1，= = 或 =-=- )1 (21spff频率为9-2 感应电动机的电磁振动 解释静偏心不会带来力波。 如果转子是椭圆形，由偏心带来的力波的次数和频率是多少？9-3 同步电机的电磁振动 凸极同步电机由于只有电枢开槽，主极表面不开槽，因此没有异步电机的那种由定、转子齿磁导谐波磁场相互作用引起的低