摘要：随着科技的发展，人们的健康意识不断提高。危害人们健康“无形杀手”的噪声，在空调电机设计之初也越来越受到重视。上述从电机设计和制造方面考虑的噪声控制方法可以降低空调电机噪声水平，使噪声污染得到有效控制。
关键词：空调电机；噪声污染；产生；控制研究
1导言
随着生活水平的提高，人们在空调制冷功能的基础上，对效率、外观、噪声也提出了更高的要求。作为生活和工作中不需要的声音，空调噪声的损伤听力、干扰睡眠、诱发致癌疾病也越来越多地受到人们的关注。电机作为空调中风扇和压缩机的主要驱动源，也是噪声的主要根源。
2电机噪声的产生与降低
声音产生于振动，没有振动就不会有声音，所以电机的噪声与振动密不可分。电机噪声是由电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声叠加合成，频率分布的范围也比较广。电机的主要噪声源位置见图 1。
图 1 电机主要噪声源位置
2.1 电磁噪声
电磁噪声是由于电机定子和转子之间存在间隙，当交变磁场发生时，引起定子、转子周期性振动，使铁芯发生磁致伸缩和周期性弯曲振动，激励周围空气压力连续波动引起的。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会引起共振，使振动与噪声大大增强。电磁噪声的大小和频率受气隙谐波磁场大小、频率，极数和定子振动特性的影响。根据麦克斯韦张量法，气隙磁场中单位面积的径向电磁力按下面公式计算:
式中 B 是气隙磁密，θ 是机械角位移，μ 0 是真空磁导率。定、转子绕组中的主波磁势和各次谐波磁势相互作用产生了一系列的力波。主波磁场所产生的径向力波为:
式中，P 0 为径向力不变部分，它均匀地作用在圆周上，不变部分将不会产生振动与噪声。P1=P 0 * cos(2pθ －2ω 1 t －2θ 0 )，其中p是主波极对数，ω 1为主波角速度，θ 0 是初相角。P 1 是径向力波交变部分，这个力波的角频率是2ω 2 ，即2 倍的电源频率，它使定、转子产生 2 倍电源频率的振动与噪声。它的强度和气隙磁密的平方成正比。2 极电机的力波次数较低，倍频的电磁振动和噪声都较大、4 极以上电机倍频噪声正常情况下较小。铁芯振动的变形量和电磁力波次数的 4 次方成反比。在大多数情况下，次数小于 8 的影响较大，高次数力波一般不考虑。合适的定转子槽配合将会避免产生较低次的力波。若 Z 1 、Z 2 分别代表定、转子的槽数，则要求:Z 1 － Z 2 ≠ (0或 2p)，Z 1 － Z 2 ≠ ( ± 1 或2p 1 ± 1)，Z 1 － Z 2 ≠ ( ± 2或 2p ± 2)，Z 1 － Z 2 ≠ ( ± 3 或 2p ± 3)。
2.1.1 交流电机电磁噪声产生的原因
主要有以下四个方面:在气隙磁场中，磁场交变引起的径向力波使定转子发生径向方向的变形和周期振动，从而造成电磁噪声;在气隙磁场中，由高次谐波分量引起的径向力波作用在定转子上发生径向变形和周期振动，而产生的电磁噪声;当径向力波与铁芯某个阶次的固有频率接近时，引起的共振径向力波在幅值不大的情况下也会使铁芯变形和周期振动而产生较大的噪声;静偏心的气隙加大了电机磁拉力的不平衡，使振动噪声加大。
2.1.2 直流电机电磁噪声产生的原因
直流电机的电磁噪声是由气隙磁场引起磁极与机座变形和周期性振动而产生的，其电磁噪声频率主要是电枢齿频和电枢旋转频率。
2.1.3 引起电磁噪声的其他原因
主要有以下五个方面:铁芯磁通饱和使正弦磁场增加谐波分量，从而使电磁噪声增大;铁芯的固有频率比较低，如果压装不紧，启动时会有较大的电磁噪声;在直流电机中，电枢齿距与补偿绕组的节距如果选择配合不好，主极的极弧宽度与电枢的齿距配合不当，都将会产生电磁噪声;气隙动态偏心，磁阻沿圆周产生周期变化，引起旋转频率的单边磁场拉力而产生噪声;电机故障引起的电磁噪声，如:匝间短路，导条断裂，气隙不均匀等。
2.1.4 降低电磁噪声的方法
降低电磁噪声的方法除了减小谐波磁场，还可以对产生定转子谐波磁场的条件加以控制，使之不易产生定向力波及旋转径向电磁力波。具体方法如下:采用正弦绕组以减少谐波成分;加强定子铁芯与电机机座的刚度从而减小动态变形;优化定子绕组节距，以减小低次谐波的磁势分量;增大气隙并且缩小定转子槽口宽度;4 极以上的定子绕组可以安排并联回路，以补偿由于定转子偏心而引起的磁通不均匀;降低磁密;采用定转子斜槽，从而消弱轴向的零阶径向力波。
2.2 机械噪声
机械噪声包括轴承噪声、转子不平衡噪声和结构件振动噪声等。
2.2.1 轴承噪声
电机采用的轴承因功率不同而形式也不同，在中小型电机中多采用滚动轴承，而大型电机中多采用滑动轴承。
2.2.1.1 滚动轴承噪声
引起滚动轴承噪声的因素主要有:
(1)轴承的制造精度:轴承内圈的径向偏摆、套圈的椭圆度、滚动体的椭圆度、架孔中的间隙及滚道表面的波纹度等。架孔中的间隙是轴承的重要的振动源，其过大或者过小都会导致剧烈的振动，从而产生噪声。当 n = 旋转速度，D = 有效直径，N = 滚珠数量，d = 滚珠直径，α = 滚珠接触角由轴承外圈缺陷产生的激振频率为:
由轴承内圈缺陷产生的激振频率为:
由保持架缺陷产生的激振频率为:
(2) 轴承的安装配合精度:轴承安装后的径向间隙过大或过小，噪声都会增大。轴承内圈与转轴的过盈配合，以及轴承的外圈与电机的端盖之间不适当的过盈配合，都会使轴承的初始游隙减小，从而影响电机的振动噪声。(3)影响轴承噪声的因素还有润滑脂。润滑脂太稠时，振动阻尼作用的效果将变差，润滑脂过稀有可能导致干摩擦。
2.2.1.2 滑动轴承噪声
引起滑动轴承噪声的因素主要是:由油膜涡动和油膜振荡现象引起，特别是油膜振荡会引起系统剧烈的振动。
2.2.1.3 轴承噪声的降低
降低轴承噪声的方法有以下六种:采用带密封盖的密封轴承以防止杂物进入;提高轴承和轴承室的加工精度;轴承外圈和轴承室的配合在合适的范围内;在轴伸端放置弹簧垫圈，使转子的轴向游隙消除;提高轴承的振动加速度等级;采用含油滑动轴承。
2.2.2 转子不平衡噪声
如果一个电机转子的质量分布均匀，制造与安装的圆度和同心度合格，则运转平稳，它对轴承的压力只有转子本身重量的静压力。如果一个电机转子存在不均匀的质量分布，这个转子就是不平衡的转子，转子转动时就会产生额外的离心力，轴承就会受到周期性额外离心力的作用，并通过轴承和支架传到电机外壳，引起振动和噪声。电机中的冷却风扇的不平衡同样会产生类似的不平衡噪声。由转子轴倾斜而引起的振动频率为f s = 2n m，不平衡转子铁芯引起的振动频率为 f s = kn m ，n m 是转轴旋转频率，k = 1，2，3…。转子的振动能够传递到端盖、机座和外风罩，激励其表面辐射噪声。电机端盖属于薄壁结构，过深的电机端盖将导致电机轴向刚度差，电机振动和噪声增大。如果采用扁端盖、并增加加强筋数量和尺寸，并且提高转子动平衡的精度从而降低噪声。
2.2.3 结构件振动噪声
电机的结构件振动噪声属于常发生的机械噪声，当电机装有端罩式风扇罩时，风扇罩随电机振动而产生噪声。出线端子盒，盒盖，维护窗口盖板等都会产生出结构件振动和噪声。
3结语
随着社会的不断进步和经济的高速发展，四大污染之一的噪声污染越来越不能被忽视。作为人们生活水平提高的标志之一的空调所产生的噪声，也越来越受到关注。长期受到噪声刺激，将导致听力损失，甚至引起心血管系统、神经系统及内分泌系统等方面的疾病。噪声污染不仅危害人们的健康，还影响人们的生活和工作。
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论文作者:钟孝芬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：噪声论文; 转子论文; 电机论文; 轴承论文; 电磁论文; 频率论文; 磁场论文; 《电力设备》2018年第15期论文;