电机的空气动力噪声分析

空气动力噪声主要是风扇(自通风或是具有外部通风设备的)和电机旋转转子所产生的，中小型电机中风扇直径比转子直径大很多时，则以风扇噪声为主

1、风扇噪声

风扇的噪声随流量的增加、尤其是随风扇圆周速度的增加而增大。为了缩小电机尺寸和降低电机重量，总是力图提高有效材料的利用率，一般这就要求增加风扇的流量。所以提高电机有效材料的利用率和减小通风噪声的要求是存在矛盾的，设计时，只有合理地选择风扇和通风系统中各部分的结构形式和几何尺寸来使两个要求都能得到适当照顾。

●风扇的选择

电机的内装风扇主要有径向离心式和轴流式两种。轴流式风扇和后倾风叶离心式风扇所产生的噪声比径向风叶离心式风扇的要低。在高速电机中从噪声的角度来看，轴向通风系统比径向通风系统要好。

大型电机最好在转子两端各安装一只风扇，这样可使通风噪声降低5~7分贝，因为在同样风量下，用一只风扇时其外径需增大1.414(根号2)倍。此外，设计风扇时应尽量少留通风裕量。

风扇噪声的频率由式(1)确定；

F=K﹒N﹒n/60…………………(1)

式(1)中:

N——风扇叶片数；

n——风扇转速，(转/分)；

K一常数，可取1，2，3……。

另外，由风扇气流旋涡产生的紊流会引起分布范围很宽的宽频带噪声。

●风扇叶片间距与风扇外圆处间隙

风扇采用等间距风叶时，若风扇与一个或几个固定障碍物相互干扰，则会产生离散频率的噪声。在这种情况下将风扇等间距叶片改为不等间距叶片，可以显著的降低噪声。同时，用增大风扇外圆和固定障碍物之间的间隙也可以降低这种噪声。一般这种间隙δ不应小于风扇外直径的10~15%。为了减小风扇损耗和噪声，应使风扇气流入口处的面积小于入口处风扇轴向截面积。

●风路

必须避免或尽可能的减少风路中的障碍物；风路方向改变时，应取最大可能的半径，风路截面积的变化必须尽可能做到逐渐改变；垂直于风路方向的支柱若不能去掉，则应做成流线形；要特别注意避免突然排气的情况，因为这样会形成旋洞，导致较大的噪声。

2、转子旋转所产生的噪声

大、中型电机转子铁心径向通风道中放置的间隔片和穿越通风道的转子线棒，在电机旋转时，也与离心式风扇叶片一样地产生通风噪声。

异步电动机的定子和转子铁心都有径向通风道且相互对齐时，会形成似汽笛的叫声。因此，最好将定子、转子径向通风道的位置相互错开。另外，电机转子绕组的端部也会产生宽频带的旋转噪声。

当转子旋转时，其表面齿槽的存在使空气隙中的气流受到周期性振荡而产生噪声，其频率由转子转速和槽数决定。

3、电机通风噪声级的估算

设计时总希望能精确的预计电机的噪声级。然而，对同一类型中一系列电机的噪声测量结果证明：无论在噪声总响度级方面，或噪声频谱分析方面，各台电机之间依然存在着明显的差异。因此，很难确定电机噪声与其结构之间的严格关系。当采取适当措施降低电磁噪声和机械噪声之后，电机的噪声主要由空气动力噪声决定时，其噪声级可按经验公式(2)-(5)估算，单位为分贝。

●防护式自通风电机按式(2)计算。

L=10lgP 20lgn 5…………………(2)

式(2)中：

P——电机功率(千瓦)；

n——电机转速(转/分)。

●封闭式自通风电机按式(3)计算。

L=10lgP 20lgn…………………(3)

●水冷封闭式电机按式(4)计算。

L=10lgP 20lgn-10………………(4)

●外通风电机，噪声级由外通风机的功率P确定，具体按式(5)。

L=14lgP 80………………(5)

上述估算公式(2)-(5)与测量所得结果比较，其差值在3分贝左右。

4、噪声控制效果实例

电磁、结构设计的不断改进，使电机的通风噪声成分相对于电磁噪声和机械噪声成分越来越大，据统计，三者的分配比例变化。电磁噪声：空气动力噪声：机械噪声三者的比例由原来的45：45：10逐步调整为20：75：5，该数据是某电机厂家的一些数据，不同的电机厂家和不同规格的电机都 会有一些差异性。

要从噪声源去有效地抑制空气动力噪声是较为困难的。往往采用隔声和消声的措施来控制通风噪声，例如在中型电机中，可将消声器装在气流通道上，消声器允许气流通过，但将声能变换为热能而加以吸收，或利用声音的反射和干扰而加以吸收。消声器是降低空气动力噪声较为有效的一种器件。