永磁電機(jī)噪音基礎(chǔ)

關(guān)于永磁電機(jī)噪音基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月噪聲是一種不同頻率和不同強(qiáng)度無(wú)規(guī)律地組合在一起的聲音。噪聲具有聲音的一切特征，產(chǎn)生聲音的根源是物體（包括固體、液體、氣體）的振動(dòng)。電機(jī)是一種噪聲源。研究電機(jī)所產(chǎn)生的噪音，必須研究與噪聲有關(guān)的振動(dòng)。

第2頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容一噪聲的一般概念二永磁電機(jī)的振動(dòng)和噪聲第3頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、噪聲的一般概念（一）物理量（二）噪聲的測(cè)量（三）噪聲和振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)

第4頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）物理量1、聲壓級(jí)聲壓：由于聲波的存在使空氣壓力產(chǎn)生迅速的起伏，氣壓的起伏部分稱為聲壓，單位為Pa。聲壓的瞬時(shí)值記為p(t)。

聲壓p(t)定義：p(t)=P(t)-P0聲壓有效值：對(duì)于純音：（一）物理量1、聲壓級(jí)聲壓：由于聲波的存在使空氣壓力產(chǎn)生迅速的起伏，氣壓的起伏部分稱為聲壓，單位為Pa。聲壓的瞬時(shí)值記為p(t)。

（一）物理量第5頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般聲學(xué)儀器測(cè)量出的聲壓都為有效值prms，而不是瞬時(shí)值p，也不是幅值pmax。聲壓越大，聲音越強(qiáng)；聲壓越小，聲音越弱。因此用聲壓（prms）來(lái)衡量聲音的強(qiáng)弱。正常人耳能聽(tīng)到的聲音的聲壓（稱聞閥聲壓）為2e-5Pa；能使人耳產(chǎn)生疼痛感覺(jué)的聲壓（稱痛閥聲壓）為20Pa，兩者絕對(duì)值相差百萬(wàn)倍，因此用聲壓的絕對(duì)值表示聲壓很不方便。為此，引用聲壓級(jí)Lp來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱。第6頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲壓級(jí)

聲壓級(jí)Lp是一個(gè)無(wú)量綱的量，單位為dB（分貝），其定義為：

式中p0—基準(zhǔn)聲壓；取等于1000Hz時(shí)的聞閥聲壓，即2e-5Pa。由上式式可見(jiàn)，聲壓級(jí)變化120dB，相當(dāng)于聲壓變化1e+6倍。第7頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總能量稱為聲功率，記為W，單位為瓦（W）。聲強(qiáng)：在垂直于聲波傳播方向、單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能（聲波平均能流密度的大小）稱為聲強(qiáng)，以I表示，單位W/m^2。

聲功率級(jí)是一個(gè)定值，它不隨距離而變化；而不同位置的測(cè)點(diǎn)上的聲壓級(jí)值是不同的。第8頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由于聲強(qiáng)I從聞閥限到痛閥限相差10^12倍，所以與聲壓一樣，聲強(qiáng)和聲功率也用聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)來(lái)表示。它們的單位都為dB（分貝）。取貝爾作為單位，取貝爾的十分之一作為響度的常用單位，稱為分貝爾（decibel），簡(jiǎn)稱分貝（dB）。聲強(qiáng)級(jí)：在某一指定方向上的給定聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)之比的以10為底的對(duì)數(shù)乘以10。聲功率級(jí)：聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的以10為底的對(duì)數(shù)乘以10。第9頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、噪聲的頻譜

正常人能聽(tīng)覺(jué)到的聲音的頻率范圍一般為20~20000Hz，這一寬廣的聲頻范圍可劃分為若干個(gè)頻段，即通常所說(shuō)的頻程或頻帶。在噪聲測(cè)量中最常用的是倍頻程和1/3倍頻程。倍頻程：指上、下兩個(gè)頻率值之比為2:1，即f上/f下=2的頻帶。1/3倍頻程：指把一個(gè)倍頻程按關(guān)系再分為三段頻帶，即中心頻率：指某一頻程的中心頻率，該值為：第10頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目前通用的十個(gè)倍頻程的中心頻率為31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000Hz。

倍頻程頻率范圍倍頻程中心頻率1/3倍頻程中心頻率45~906350（45~56）63（56~71）80（71~90）90~180125100（90~110）125（110~140）160（140~180）180~355250200（180~225）250（225~280）310（280~355）355~710500400（355~450）500（450~560）630（560~710）710710~900）1000（900~1100）1250（1100~1400）1400~280020001600（1600~1800）2000（1800~2200）2500（2200~2800）2800~560040003150（2800~3550）4000（3550~4500）5000（4500~5600）5600~1120080006300（5600~7100）8000（7100~8900）10000（8900~11200）以頻率為橫坐標(biāo)，以聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)為縱坐標(biāo)來(lái)繪制噪聲測(cè)量結(jié)果，所得圖形可清楚反映出噪聲的成分和性質(zhì)，這就是頻譜分析。第11頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、響度級(jí)

用響度級(jí)把聲壓和頻率統(tǒng)一起來(lái)表示聲音響度的高低，其單位為phon（方）。響度級(jí)：根據(jù)聽(tīng)力正常的聽(tīng)音判斷為等響的1000Hz純音(來(lái)自正前方的平面行波)的聲壓級(jí)。

響度級(jí)是這樣確定的：取1000Hz的純音作為基準(zhǔn)聲音，若出現(xiàn)某一聲音聽(tīng)起來(lái)與基準(zhǔn)純音一樣響時(shí)，該聲音的響度級(jí)（phon）就等于基準(zhǔn)純音的聲壓級(jí)（dB）。聲音的響度級(jí)由其聲壓和頻率決定，反映它們關(guān)系的圖線叫等響線。等響線相當(dāng)于頻率和聲壓級(jí)不同、但響度級(jí)相同的聲音。

第12頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最下面是聞閥限等響線；最上面是痛閥限等響線。第13頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月響度級(jí)LN是一個(gè)相對(duì)量，響度N（單位為sone（宋））是絕對(duì)值。

上式表示響度級(jí)每增加10phon，則響度增加一倍。

這個(gè)主觀量與客觀里量之間的冪函數(shù)關(guān)系，在人與外界刺激的知覺(jué)反映中是普遍存在的。第14頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）噪聲的測(cè)量常用的噪聲測(cè)量?jī)x器有聲級(jí)計(jì)、頻譜分析儀和自動(dòng)記錄儀等。聲級(jí)計(jì)是噪聲測(cè)量中最常用和最簡(jiǎn)便的測(cè)試儀器。聲級(jí)計(jì)中常用的頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種。測(cè)量電機(jī)噪聲時(shí)，一般都采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，所測(cè)得的值稱為A聲級(jí)，記作dB(A)。電機(jī)噪聲的測(cè)定方法：GB/T10069.1《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪音測(cè)定方法及限值第1部分：旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法》半自由場(chǎng)或半混響場(chǎng)中測(cè)定聲級(jí)：

GB/T3767或GB/T3768（二）噪聲的測(cè)量第15頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于中小電機(jī)（中心高225mm及以下且長(zhǎng)度不超過(guò)1m），將其視為點(diǎn)聲源，采用半球法配置，一般在1m范圍內(nèi)配置半球面。然后用聲壓級(jí)計(jì)測(cè)出各點(diǎn)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，再按下式求出電機(jī)噪聲的A計(jì)聲功率級(jí)：對(duì)于自由場(chǎng)（球形），r為測(cè)量點(diǎn)組成的球的半徑對(duì)于半自由場(chǎng)（半球形，中小電機(jī)噪聲測(cè)量中常取該值）LW

—A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)dB(A)；Lpav—A計(jì)權(quán)平均聲壓級(jí)dB(A)；A0—基準(zhǔn)面積，A0=1m^2；A—采用半球面法、半橢球面法或等效包絡(luò)面法之一測(cè)得的面積。第16頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為什么要采用聲功率級(jí)而不采用聲壓級(jí)記錄電機(jī)噪聲呢？

（1）聲功率級(jí)對(duì)測(cè)試面的位置、測(cè)試條件和測(cè)試環(huán)境要求不高。（2）聲功率是不能直接測(cè)量的，但其值不隨距離而變化，聲壓級(jí)的值與測(cè)量位置有關(guān)，所以用聲功率級(jí)計(jì)量噪聲值更方便。第17頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）噪聲和振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)1、噪聲

電機(jī)的噪聲限值分為N級(jí)（普通級(jí)）、R級(jí)（一級(jí)）、S級(jí)（優(yōu)等級(jí)）和E級(jí)（低噪音級(jí)）等四個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)之間的關(guān)系為：

如無(wú)其它規(guī)定，在空載時(shí)噪聲限值應(yīng)符合N級(jí)的要求。第18頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月類別轉(zhuǎn)速聲功率級(jí)電機(jī)功率ⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡn＜960rpm960≤n＜1320rpm1320≤n＜1900rpm1900≤n＜2360rpm2360≤n＜3150rpm3150≤n＜3750rpmP≤1.1kW7176757878808082828485881.1kW＜P≤2.2kW7479788081838386858889912.2kW＜P≤5.5kW7782818485878690899293955.5kW＜P≤11kW81858588889190949396979911kW＜P≤22kW8488889191959398961009910222kW＜P≤37kW879191949497961009910310110437kW＜P≤55kW9093949797999810210110510310655kW＜P≤110kW949697100100103101105103107104108110kW＜P≤220kW9799100103103106103108105109106110220kW＜P≤630kW99101102105106108106110107111107112630kW＜P≤1100kW101103105108108111108112109112109114注：Ⅰ類：無(wú)冷卻風(fēng)扇的開(kāi)啟式電機(jī)（IP22、IC00）或無(wú)外風(fēng)扇的封閉式電機(jī)（IP44、IC0041）。Ⅱ類：有冷卻風(fēng)扇的開(kāi)啟式電機(jī)（IP22、IC01）或有外風(fēng)扇的封閉式電機(jī)（IP44、IC0141）。第19頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、振動(dòng)

電機(jī)的振動(dòng)限值分為N級(jí)（普通級(jí)）、R級(jí)（一級(jí)）和S級(jí)（優(yōu)等級(jí)）等三個(gè)等級(jí)。如下表所示。如無(wú)其它規(guī)定，在空載時(shí)的振動(dòng)限值應(yīng)符合N級(jí)的要求。安裝方式彈性剛性軸中心線高/mm45~132133~225226~400401~630轉(zhuǎn)速/rpm600~18001801~3600600~18001801~3600600~18001801~3600600~18001801~3600振動(dòng)等級(jí)振動(dòng)速度有效值/(mm·s-1)N1.82.84.52．8R0.711.121.121.81.82.81.121.8S0.450.710.711.121.121.80.711.12第20頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月伺服電機(jī)振動(dòng)等級(jí)（振動(dòng)速度）第21頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、永磁電機(jī)的振動(dòng)和噪聲（一）電磁振動(dòng)和噪聲（二）電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性（三）機(jī)械振動(dòng)和噪聲第22頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與其它類型電機(jī)振動(dòng)一樣，永磁電機(jī)噪聲有三類：電磁振動(dòng)噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。第23頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）電磁振動(dòng)和噪聲電磁噪聲來(lái)源于電磁振動(dòng)，電磁振動(dòng)則由電機(jī)氣隙磁場(chǎng)作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的電磁力（稱激振力）所激發(fā)，對(duì)永磁電機(jī)而言，電機(jī)氣隙磁場(chǎng)又決定于繞組磁勢(shì)、永磁體磁勢(shì)和氣隙磁導(dǎo)。由永磁電機(jī)氣隙磁密波的作用，在鐵心齒上產(chǎn)生的磁力有徑向和切向兩個(gè)分量。徑向分量使鐵心產(chǎn)生的振動(dòng)變形是電磁噪音的主要來(lái)源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的作用力矩，它使鐵心齒根部彎曲而產(chǎn)生局部振動(dòng)變形，這是電磁噪音的一個(gè)次要來(lái)源。因此分析永磁電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲，主要是分析氣隙的徑向電磁力波和定子的徑向固有振動(dòng)特性。第24頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、定子繞組和轉(zhuǎn)子的磁勢(shì)

這里把波長(zhǎng)等于電樞周長(zhǎng)2pτ的2極波作為基準(zhǔn)波。對(duì)于2極基準(zhǔn)波而言，我們通常說(shuō)的基波（它有p對(duì)極，即電機(jī)極對(duì)數(shù)）相當(dāng)于這里的2pτ/2τ=p次諧波，現(xiàn)稱為主波。其它各次諧波的次數(shù)也均相應(yīng)的增加p倍，故諧波次數(shù)等于其極對(duì)數(shù)。于是，氣隙合成磁勢(shì)可表示如下：第25頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）當(dāng)三相定子繞組每極每相槽數(shù)q=整數(shù)時(shí)，定子繞組磁勢(shì)的諧波次數(shù)ν值，即諧波極對(duì)數(shù)等于：

k1=±1，±2，±3，…其中“+”表示旋轉(zhuǎn)方向和主波相同，“-”表示旋轉(zhuǎn)方向和主波相反。（2）由于繞組磁勢(shì)中的齒諧波不會(huì)因采用短距或分布繞組而削弱，

它是引起電磁噪聲的主要根源。永磁電機(jī)定子齒諧波磁勢(shì)的次數(shù)為：k1=±1，±2，±3，…ν次諧波相對(duì)于定子鐵心的角頻率為：

永磁轉(zhuǎn)子為恒磁勢(shì)源，且磁鋼表面不開(kāi)槽，所以無(wú)轉(zhuǎn)子齒諧波和相帶諧波。第26頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、氣隙磁導(dǎo)

對(duì)于永磁電機(jī)而言，僅定子有齒槽，轉(zhuǎn)子表面光滑，氣隙磁導(dǎo)主要成分為：—?dú)庀洞艑?dǎo)的不變部分；

—定子一階齒諧波磁導(dǎo)的幅值。

第27頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、氣隙磁場(chǎng)

忽略鐵心磁阻，氣隙磁密的瞬時(shí)值可表示如下（1）主波磁場(chǎng)（2）定子繞組諧波磁場(chǎng)（3）氣隙磁導(dǎo)一階齒諧波磁場(chǎng)

式中當(dāng)然最應(yīng)注意的是具有定子齒諧波次數(shù)的磁場(chǎng)Bνt

第28頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、氣隙磁場(chǎng)的徑向力

在電機(jī)氣隙中單位面積徑向電磁力的瞬時(shí)值可表示為：式中

—?dú)庀洞琶?/p>

氣隙中存在一系列定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相互作用，可產(chǎn)生數(shù)量很多的電磁力波。從噪聲和振動(dòng)的觀點(diǎn)來(lái)看，主要有以下的力波：（1）主波磁場(chǎng)產(chǎn)生的力波第29頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①p0是徑向力的不變部分，它是在定子圓周上均勻分布的力系，使定子鐵心受到壓縮應(yīng)力。②p1是徑向力的交變部分。其幅值等于p0，從表達(dá)式可知是行波，這個(gè)力波在空間沿定子鐵心圓周以2倍電機(jī)極對(duì)數(shù)均勻分布，在時(shí)間上又以同步角速度沿氣隙旋轉(zhuǎn)。在極數(shù)為2p=2的大型電機(jī)中，這個(gè)激振力波表現(xiàn)的較為明顯；在級(jí)數(shù)較少的永磁電機(jī)中，這個(gè)激振力也應(yīng)注意，例如6極永磁電機(jī)r=2p=6，該6次諧波電磁力可能引起電磁振動(dòng)。第30頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)由永磁體提供，其諧波磁勢(shì)需對(duì)永磁體提供的磁勢(shì)進(jìn)行傅里葉分解得到（轉(zhuǎn)子形式、磁鋼形狀和極弧系數(shù)不同，得出的諧波磁勢(shì)也不同）。由定子繞組諧波磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的徑向力為：對(duì)于產(chǎn)生電磁噪聲來(lái)說(shuō)，上式中項(xiàng)較為重要，可得

為此力波的次數(shù)。

電磁力波引起的振動(dòng)和噪聲一方面與力波的幅值大小有關(guān)，另一方面還與力波的次數(shù)有關(guān)，次數(shù)越低（即r越?。┱駝?dòng)和噪聲也越大。可見(jiàn)力波次數(shù)為的那一項(xiàng)較為重要。第32頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁振動(dòng)

（1）定子和轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁振動(dòng)力波次數(shù)為：由此可見(jiàn)，力波次數(shù)r可能等于零或等于電機(jī)極數(shù)的整數(shù)倍。（2）定子次諧波磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁振動(dòng)對(duì)于分?jǐn)?shù)槽繞組，在d個(gè)極下才能包含bd+c個(gè)整數(shù)槽，則定子繞組磁勢(shì)的諧波次數(shù)ν值，即諧波極對(duì)數(shù)為：三相雙層分?jǐn)?shù)槽繞組：k=±1，±2，±3，…三相單層分?jǐn)?shù)槽繞組：k=±1，±2，±3，…第33頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、斜槽對(duì)電磁振動(dòng)的影響對(duì)于定子繞組，采用短距和分布繞組都不能對(duì)齒諧波進(jìn)行削弱（因齒諧波繞組因數(shù)等于基波繞組因數(shù)），因此通常采用斜槽（一般斜一個(gè)定子齒距）對(duì)齒諧波進(jìn)行削弱或消除。斜槽時(shí)，徑向力為：為ν次諧波的斜槽因數(shù)要消除ν齒諧波，只要使該次諧波的斜槽因數(shù)。第34頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、分?jǐn)?shù)槽繞組對(duì)電磁振動(dòng)的影響采用分?jǐn)?shù)槽繞組時(shí)，對(duì)齒諧波有明顯的削弱作用。因采用分?jǐn)?shù)槽繞組后，由于q=分?jǐn)?shù)，齒諧波次數(shù)一般都是分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁場(chǎng)中僅含有奇次諧波（即不存在齒諧波磁場(chǎng)，或者說(shuō)不存在分?jǐn)?shù)或偶數(shù)次諧波），從而避免了電動(dòng)勢(shì)波形中出現(xiàn)齒諧波電動(dòng)勢(shì)。第35頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8、氣隙偏心對(duì)電磁振動(dòng)的影響由于制造公差和運(yùn)行磨損，轉(zhuǎn)子外圓和定子內(nèi)圓之間會(huì)產(chǎn)生偏心。偏心有兩種情況：（1）靜偏心：（2）動(dòng)偏心由于偏心，氣隙不均勻，氣隙中存在如下極對(duì)數(shù)的附加磁場(chǎng)：兩者的角頻率為，為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)偏心氣隙的旋轉(zhuǎn)角速度。轉(zhuǎn)子靜偏心時(shí)轉(zhuǎn)子動(dòng)偏心時(shí)第36頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)其中極對(duì)數(shù)為的附加磁場(chǎng)和主波磁場(chǎng)相互作用時(shí)，所產(chǎn)生的力波次數(shù)和頻率分別為：此次數(shù)甚低的力波可能導(dǎo)致電磁振動(dòng)。第37頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9、磁路飽和對(duì)電磁振動(dòng)的影響磁路飽和會(huì)使永磁電機(jī)中的主磁場(chǎng)空間分布波形出現(xiàn)“平頂”形狀，其中包含著較顯著的3次諧波磁場(chǎng)分量。因磁路飽和而產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)中主要項(xiàng)的極對(duì)數(shù)為：兩者的角頻率為

該極對(duì)數(shù)為p的附加磁場(chǎng)其相位與主波磁場(chǎng)相反，將使電機(jī)磁化電流增大；因磁路飽和所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)與定子諧波磁場(chǎng)ν相互作用，會(huì)產(chǎn)生如下次數(shù)的力波：該低次力波可能導(dǎo)致較顯著的電磁振動(dòng)。第38頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

為了降低電機(jī)的振動(dòng)和噪聲，除減小電磁激振力的幅值外，還要不使定子和轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)頻率和電磁激振力的頻率相等或相近，否則很小的電磁激振力也會(huì)因共振而產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲。（二）電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性1、電機(jī)定子的固有振動(dòng)特性（1）最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)特性無(wú)阻尼機(jī)械振動(dòng)表達(dá)式（位移表達(dá)式）為該彈性系統(tǒng)的固有振動(dòng)角頻率，它只和系統(tǒng)本身的質(zhì)量、材料性質(zhì)、尺寸等有關(guān)，而和加在物體上的外力大小無(wú)關(guān)；K—彈簧的剛度，即壓縮（或拉伸）彈簧單位距離所需的力。

為了降低電機(jī)的振動(dòng)和噪聲，除減小電磁激振力的幅值外，還要不使定子和轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)頻率和電磁激振力的頻率相等或相近，否則很小的電磁激振力也會(huì)因共振而產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲。（二）電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性第39頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相應(yīng)的

稱為彈性系統(tǒng)的柔度，即單位壓力（或拉力）所產(chǎn)生的壓縮變形量（或拉伸變形量）。稱為該彈性系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率。第40頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）電機(jī)定子的固有振動(dòng)頻率計(jì)算在計(jì)算前，假設(shè)：①定子軛是一個(gè)圓環(huán)形的剛體；②定子齒部和線圈的剛度為零，它們對(duì)定子軛的影響用一附加質(zhì)量來(lái)考慮；③定子軛的軸向通風(fēng)孔或其它缺口只考慮為單純的質(zhì)量減?。虎芫哂写螖?shù)為r的電磁力波作用在定子軛圓環(huán)上，力波在時(shí)間上呈周期變化；⑤忽略阻尼作用。對(duì)于定子來(lái)說(shuō)，主要是分析計(jì)算定子軛的固有振動(dòng)頻率。第41頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①力波次數(shù)r=0

此時(shí)定子軛圓環(huán)的振動(dòng)形式為一伸一縮的脈動(dòng)，則位移表達(dá)式為（—徑向交變力的幅值；—定子鐵軛的柔度）共振角頻率和共振頻率分別為：當(dāng)激振力波的頻率和定子軛的固有振動(dòng)頻率相等時(shí)，將發(fā)生共振現(xiàn)象。Rj1—定子軛的平均半徑；hj—軛的徑向高度Lj—軛的軸向長(zhǎng)度；E—定子軛材料的彈性模量對(duì)于疊片軛E=1.777e+11Pa；對(duì)于整塊軛E=2.06e+11Pa。第42頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②力波次數(shù)r=1

這種振動(dòng)型式如同一個(gè)旋轉(zhuǎn)的合力作用于電機(jī)重心上，且類似于轉(zhuǎn)子重量不平衡條件下的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。如電機(jī)下面裝有減震器，定子軛的固有振動(dòng)頻率為：如電機(jī)底腳固定在基礎(chǔ)上，其固有振動(dòng)頻率為：第43頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③力波次數(shù)r≥2

電機(jī)定子軛的振動(dòng)多數(shù)屬于這些型式，其固有振動(dòng)頻率按下式計(jì)算：

可見(jiàn)，在其它參數(shù)不變的條件下，定子軛的平均半徑越大，其固有振動(dòng)頻率越低。第44頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）定子軛振動(dòng)特性的計(jì)算定子軛的振動(dòng)速度有效值為機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)阻抗為作用在定子軛平均半徑圓柱表面上單位徑向力的幅值：其中，R1為定子內(nèi)圓半徑；

prm為氣隙中單位面積上的徑向力幅值，由下式求?。海闅庀洞琶艿牟▌?dòng)率，為波動(dòng)量峰值，為氣隙磁密；為極弧范圍內(nèi)的槽數(shù)，為極弧長(zhǎng)度，為齒距。）第45頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）電機(jī)噪聲的強(qiáng)度計(jì)算既然聲音來(lái)源與振動(dòng)，所以物體的振動(dòng)特性和聲響特性之間必然存在著內(nèi)在聯(lián)系。①在平面聲場(chǎng)中單位體積空氣振動(dòng)動(dòng)能的最大值為

聲強(qiáng)為在垂直于聲波傳播方向單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能，它等于上述單位體積振動(dòng)能和聲波在空氣中傳播速度的乘積。即

上述計(jì)算只是用與平面場(chǎng)，即只有在電機(jī)機(jī)殼尺寸大大超過(guò)聲波波長(zhǎng)時(shí)計(jì)算才是正確的。第46頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②非平面場(chǎng)中當(dāng)電機(jī)機(jī)殼尺寸和聲波波長(zhǎng)可以比擬或較小時(shí)，通常把電機(jī)機(jī)殼看做為聲波的圓柱形輻射器或球形輻射器。這時(shí)機(jī)殼的聲響性質(zhì)與振動(dòng)的空間形式和力波次數(shù)r有關(guān)。第47頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、電機(jī)轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性電機(jī)轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性，主要是計(jì)算轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速。（1）集中載荷的垂直軸

軸的臨界轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)子質(zhì)量和軸的剛度所決定，它反映了軸的固有振動(dòng)特性。對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，低的臨界轉(zhuǎn)速是較重要的。為減小電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使軸的臨界轉(zhuǎn)速與電機(jī)工作轉(zhuǎn)速之差足夠大，最好使其臨界轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速至少高出15%。若第一臨界轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速40%左右，需計(jì)算第二臨界轉(zhuǎn)速。

（2）集中載荷的水平軸軸除了主臨界轉(zhuǎn)速外，還有一個(gè)次臨界轉(zhuǎn)速，其值等于主臨界轉(zhuǎn)速的一半。第48頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）電機(jī)軸系的扭振電機(jī)軸系在扭轉(zhuǎn)方向的振動(dòng)稱為扭振。當(dāng)施于軸系的轉(zhuǎn)矩突增或突減時(shí)，軸系將發(fā)生自由扭振，相應(yīng)