异步电机噪声问题的综合解决方案研究

异步电机噪声问题的综合解决方案研究

杨娜

珠海格力电器股份有限公司 广东 珠海 519000

摘要：本文深入探讨了异步电机噪声问题的成因，并提出了综合性的解决方案。通过分析电压问题、电磁因素、轴承问题及机械振动等四大噪声成因，文中提出了包括电源管理、设计宽电压电机方案、规范轴承选用及改进机械结构在内的四大综合解决方案。这些措施旨在有效降低异步电机的噪声水平，提升其运行效率和环境友好性。

关键词：异步电机；噪声问题；成因分析；综合解决方案

异步电机作为广泛应用的电力设备，其噪声问题一直是工业生产和日常生活中不可忽视的难题。随着环保意识的增强和噪声控制要求的提高，研究异步电机噪声问题的成因及解决方案显得尤为重要。本文将从噪声成因出发，探讨一系列综合性的解决方案，以期为异步电机的降噪技术提供新的思路和方法。

1.异步电机噪声成因分析

1.1 电压问题

电压不稳定是异步电机产生噪声的一个重要成因。当电源电压超出电机设计的额定电压范围时，电机绕组中的电流会显著变化，单相电机主副相电流不平衡，会导致电机内部产生过多的热量，不仅会加速电机绝缘材料的老化，还会加剧轴承的油脂的挥发从而导致磨损加速，影响电机的运行平稳性，进而产生振动和噪音。过高或过低的电压均可能引起电机内部电磁场的紊乱，进一步导致电磁噪音的加剧。三相电机三相电压不平衡同样不容忽视，当电压不平衡时，电机各相绕组中的电流也会随之不平衡，从而导致电机转矩不均匀分布。这种转矩不平衡会使电机在旋转过程中产生周期性的振动，形成噪音。此外，三相电压不平衡也可能使电机产生额外的热量，进一步加剧轴承磨损和噪音问题。缺相是三相电机运行中最为严重的电压问题之一。当三相中的一相发生断路时，电机将无法获得完整的旋转磁场，电机启动时会因转矩突然变大而产生振动，从而产生巨大电磁噪声，运行时电流严重失衡，严重时会损坏绕组导致无法正常工作。

1.2 电磁因素

电磁场不平衡是异步电机噪声中不可忽视的电磁因素之一。由于设计、制造误差、安装不当或长期使用磨损等原因，定子和转子之间的磁力可能会出现不平衡现象。这种不平衡的磁力会导致电机在运行时产生低频振动和噪音，影响电机的整体性能和运行稳定性。此外，短路或故障也是电磁因素中导致异步电机噪音的常见原因。当定子或转子绕组发生短路时，电流会异常增大，导致电磁场的不稳定，进而引发异常的嗡嗡声。而鼠笼转子断条则会导致转子电阻不平衡，使电机在运行时产生不均匀的电磁力，同样会引发噪音问题。这些电磁因素不仅影响电机的噪音水平，还可能对电机的效率和寿命造成不利影响[1]。

1.3 轴承问题

轴承作为异步电机中承受负荷和传递旋转运动的关键部件，其状态直接影响着电机的运行噪音。轴承缺油是常见的问题之一，当润滑油不足时，轴承内部的滚珠或滚道之间的摩擦会显著增加。这种增大的摩擦力不仅加剧了轴承的磨损，还直接导致了噪音的产生。随着摩擦的加剧，轴承的运转变得不平稳，进而引发电机整体的振动和噪音。油脂粘度的选取不合理也是产生噪音的原因之一。当选取的粘度与电机实际使用条件不匹配时，要么粘度过高旋转吃力导致启动噪音，要么粘度过低、运行温度过高，导致油脂快速挥发后导致运行噪音过大。另一方面，轴承装配过程受损也是不可忽视的噪音成因。当轴承因长期使用、过载或润滑不良等原因，受损的轴承容易出现磨损、裂纹或断裂，其原有的几何形状和精度将受到破坏。损坏的轴承在运转过程中会相继与端盖轴承室、定转子等部件产生不正常的接触和摩擦，这种异常的摩擦会进一步加大电机的噪音。

1.4 机械振动

机械振动是异步电机噪声的另一个重要来源。首先，机壳或端盖与定子的公差配合不合理，装配后过紧或过松都会激发定子磁场振动传递，从而产生倍频或高频噪音。此外，转子的动平衡问题也可能导致旋转过程中的振动和噪音。另一方面，紧固部分的问题也是机械振动和噪音的重要成因。例如，端盖机壳螺钉螺母未锁紧到位，会导致电机运转过程松动产生不必要的冲击和振动，进而引发噪音。这些振动不仅影响电机的运行稳定性，还可能对周围环境和设备造成不利影响。

2.异步电机噪声综合解决方案

2.1 电源管理

针对异步电机因电压问题导致的噪声，主要需加强电源管理。针对电源不稳定地区定期检查并调整三相电压，确保其处于平衡状态，减少电机扭矩不平衡是抑制振动和噪音的关键措施。此外，加强电源与线路的检查，确保三相电源供应稳定且畅通无阻，及时发现并排除缺相故障，能够避免电机在缺相状态下运行，减少刺耳的嗡嗡声，保障电机的正常运行和环境的安静。

2.2 设计宽电压电机方案

在异步电机噪声综合解决方案中，理想情况下，定子和转子之间的磁拉力应处于平衡状态，以确保电机的平稳运行。而在上述电压波动确实无法管理到位时，还需要通过前端宽电压方案设计，提前预判最低最高电压情况，模拟计算及仿真时即考虑电源波动的影响。通过对铝环、斜槽、绕组线径、匝数、叠厚等因素的综合调整，选取最优方案，保障了电机的效率，也可以有效控制电压波动范围内的电流及发热因子平衡度，从而防止电机过热导致的轴承加速磨损噪声，同步提前抑制了定转子间旋转磁场的过度不平衡，从而降低了电磁噪声。这种预防式方案设计，不仅提高了电机的运行效率与稳定性，还降低了因故障停机带来的损失，为电机的长期稳定运行提供了有力保障。

2.3 规范轴承选用

为有效减少异步电机的噪声，轴承的优化管理至关重要。包括制定轴承选型规范，针对不同使用情景的电机进行油脂分类选型。如对于转速低或使用环境温度不高的机型选用低粘度油脂；转速较高或使用环境温度较高的机型选用高粘度油脂；超低温环境采用低温油脂；超高温环境使用高温油脂；潮湿淋雨环境使用防水轴承等。这样大幅减少轴承启动噪音或因油脂不匹配导致的油脂挥发或凝结产生的运行噪音，延长轴承使用寿命。此外，提升轴承的装配精度同样重要，通过精确测量和精细操作，确保轴承与轴的配合达到最佳状态，既不过紧也不过松，以减少因配合不当而引发的振动和噪音，确保电机运行的平稳与安静。

2.4 改进机械结构

a.选取合理的机壳或端盖与定子的配合公差，避免装配过紧引起的刮料掉落造成摩擦噪声，或装配过松激发的定子磁场振动，避免产生电源倍频或高频噪音。

b.转子在装配前做好动平衡校正，严格按照以下公式计算数值以内管控，平衡精度按电机实际使用类型选取G6.3、G2.5、G1等，尽可能减小转子旋转不平衡振动引起的噪声。

不平衡量Uper(单位g)=M(转子自重，单位g)×G(平衡精度，单位mm/s)×（60/2π×r（转子半径，单位mm）×n（转速，单位rpm））×103

c.对关键紧固部位锁紧力矩进行规范，使用可控力矩工具进行操作，线上全检，确保其无松动、无损坏，以维持紧固部位的平稳运行，减少不必要的机械振动和噪音。

d.为了进一步降低噪音传播，可以在电机周围或内部巧妙地安装吸音或隔音材料，这些材料能够吸收或反射噪音声波，显著减少噪音对周围环境的干扰。安装减震器就是一个行之有效的措施，能够吸收和分散电机运行时产生的振动能量，从而显著降低底座及周围环境的振动水平。这不仅有助于减少噪音的传递和扩散，还能够延长电机及其相关部件的使用寿命，提升整体系统的稳定性和可靠性[2]。

3.结论

本文通过对异步电机噪声问题的成因进行深入分析，提出了包括电源管理、设计宽电压电机方案、规范轴承选用及改进机械结构在内的综合性解决方案。这些措施不仅能够有效降低异步电机的噪声水平，还能提升其运行效率和稳定性，为工业生产和日常生活提供更加安静、舒适的环境。未来，随着技术的不断进步和应用的深入推广，我们有理由相信异步电机的噪声问题将得到更好的解决。

参考文献

[1]唐银池.异步电机电磁振动噪声问题研究[D].西南交通大学,2022. DOI:10.27414/d.cnki.gxnju.2022.000685.

[2]闫新健.车用异步电机的噪声分析与噪声控制综述[J].内燃机与配件,2021,(10):90-91.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2021.10.043.