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    電機的振動及噪音

    一般評估電動機的品質除了運轉時之各特性外,以人之五感判斷振動及噪音的情形較多。而電動機產生的振動噪音,主要有:  

    1、機械振動噪音,為轉子的不平衡重量,產生相當轉數的振動。
    2、電動機軸承的轉動,正常的情形產生自然音,精密小型電動機或高速電動機情形以外,幾乎不會有問題。但軸承自然的振動與電動機構成部材料的共振,軸承的軸方向彈簧常數使轉子的軸方向振動,潤滑不良產生摩擦音等問題產生。 
    3、電刷滑動,具有電刷的DC電動機或整流子電動機,會產生電刷的噪音。 
    4、流體噪音,風扇或轉子引起通風噪音對電動機很難避免,很多情形左右電動機整體的噪音,除風扇的葉片或鐵心的齒引起氣笛音外,也有必要注意通風上的共鳴。 
    5、電磁的噪音,為磁路的不平衡或不平衡磁力及氣隙的電磁力波產生之噪音,又磁通密度飽和或氣隙偏心引起磁的噪音。 

    一、機械性振動的產生原因與對策  

    1、轉子的不平衡振動 

    A、原因: 

    ·制造時的殘留不平衡。 
    ·長期間運轉產生塵埃的多量附著。 
    ·運轉時熱應力引起軸彎曲。 
    ·轉子配件的熱位移引起不平衡載重。 
    ·轉子配件的離心力引起變形或偏心。 
    ·外力(皮帶、齒輪、直結不良等)引起軸彎曲。 
    ·軸承的裝置不良(軸的精度或鎖緊)引起軸彎曲或軸承的內部變形。 

    B、對策: 

    ·抑制轉子不平衡量。 
    ·維護到容許不平衡量以內。 
    ·軸與鐵心過度緊配的改善。 
    ·對熱膨脹的異方性,設計改善。 
    ·強度設計或裝配的改善。 
    ·軸強度設計的修正,軸聯結器的種類變更以及直結對中心的修正。 
    ·軸承端面與軸附段部或鎖緊螺帽的防止偏靠。 

    2、軸承之異常振動與噪音 

    A、原因: 

    ·軸承內部的傷。 
    ·軸承的軸方向異常振動,軸方向彈簧常數與轉子質量組成振動系統的激振。 
    ·摩擦音:圓柱滾動軸承或大徑高速滾珠軸承產生潤滑不良與軸承間隙起因。 

    B、對策: 

    ·軸承的替換。 
    ·適當軸方向彈簧預壓給軸承間隙的變動。 
    ·選擇軟的滑脂或低溫性優秀的滑脂,殘留間隙使小(須注意溫升問題)?!?nbsp;

    3、電刷滑動音 

    A、原因: 

    ·整流子與電刷的滑動時的振動電刷保持器激振產生 

    B、對策: 

    ·握刷的彈性支持、選擇電刷材質與形狀、抑制側壓引起的電刷振動及提高整流子的精度等?!?nbsp;

    二、流體噪音的產生與對策  

    電動機的流體噪音中,主要為冷卻用的風扇引起的噪音。此外,轉子鐵心的槽開口部接近靜止側的部份,變成顯著氣笛音,再則通風路等如存在共鳴空間,產生顯著的共鳴者。 
    1、風扇噪音的大?。?nbsp;

    電動機一般求兩方向轉動,風扇的葉片為徑向直線葉片,效率不良,而且噪音大。噪音值約由下式來求。但測定電動機的軸中心高度,距離有1m的情形。 

    噪音dB(A)=70 log D+50 log N+ 

    D:葉片的外徑(m), N:每秒的轉數,  :常數32~36,  

    由上式,降低噪音位準,以減少風扇的外徑較重要。但吐出風量與風壓低下,與這些的配合變成重要。風扇在外框的內部時有減音或遮音效果?!?nbsp;

    2、風扇噪音的頻率依不同類型而有差異。 

    ·壓力噪音,為風扇的葉片空氣受壓力沖擊產生。 
    ·擾流噪聲,為葉片周邊空氣流動的擾亂起因者,徑向直線葉片的風扇,電動機的用途上可說不可避免。 
    ·風扇與其它部份的干涉引起的氣笛音,為接近轉動葉片存在其它部份空氣如流通,產生激烈的氣笛音。 

    三、電磁噪音(感應電動機)  

    有關電磁噪音,其電磁噪音由耳朵的聽感感度良好頻率100HZ以上的頻率帶域,單一或復數的特定頻率音組成,特別與定子共振時變成顯著的噪音。感應電動機較DC電動機常有電磁噪音問題,因此以感應電動機為中心說明。電磁噪音感應電動機通稱“磁音”,對此種的研究,首先要了解正弦波電流的電磁噪音?!?nbsp;

    1、正弦波電流的電磁噪音: 

    因正弦波電流,感應電動機的氣隙產生的磁通,加轉矩產生的基本(主)磁通,存在高諧波磁通。這些的磁通使定子與轉子鐵心互相吸引的電磁力波作用,定子鐵心變形為多角形,轉軸彎曲移位產生振動。主要產生電磁噪聲之氣隙高諧波磁通原因者,有 

    A、繞線分布引起的磁動勢高諧波。 
    B、定子或轉子鐵槽產生的槽高諧波。 
    C、鐵心飽和產生的飽和高諧波。 
    D、偏心引起的偏心高諧波 
    E、電壓、線圈、磁路等不平衡引起的高諧波。 
    F、槽磁導高諧波等。 
    G、相帶高諧波,氣隙存在為數很多的空間高諧波磁與電源波形畸變等引起時間高諧波磁通。 

    2.電磁噪音防止對策: 

    A.由電機設計上 

    ·適當槽數組合 
    ·采用特殊槽 
    ·斜槽化 
    ·選擇線圈節距 
    ·正弦波繞線 
    ·采用分數槽繞線 
    ·氣隙、齒、軛鐵部之磁通密度的適當化 
    ·轉子槽部極與厚度的均等化 
    ·采用磁性楔 
    ·氣隙的擴大 

    B.由機械設計上 

    ·消除靜的偏心,提高加工·裝配精度。 
    ·對外力提高軸的彎曲剛性,裝配精密。 
    ·全閉槽消除齒尖厚度不同,提高制造技術。 
    ·磁路使不造成不平衡的構造以及制造,特別轉子導體的電阻,絕緣或軸的斷面形狀。 
    ·定子、轉子避免與電動機構成部材料的共振。 
    ·避免與電動機裝置機構產生共振。 
    ·定子鐵心或軸承支持部的彈性、防振支持。 
    ·由電動機外部的遮音或防音的構造。 

    C.在使用上,消除電源電壓的不平衡。 

    ·電磁噪音的原因變成電磁加振力,這些的高諧波磁通因互相干涉產生電磁力波引起。 

    但并非所有電動機的噪音問題,皆由電磁力波所引起的。有些是因與定子或轉子的自然振動數一致或接近的情形形成共振狀態。所以電磁噪音產生的因素,不單單只因為電磁力波的頻率,我們還需要了解電動機各部份的振動體自然振動頻率。


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