1.4　隔爆電動機的振動與噪聲

1.4.1　電動機振動與噪聲的來源

電動機的振動噪聲來自于三個原因，一個是電磁振動，一個是機械振動，一個是空氣動力噪聲。

電磁振動是由于氣隙磁場作用于電動機定轉子鐵芯產(chǎn)生電磁力所激發(fā)，該電磁力又稱為激振力。根據(jù)電動機的工作原理，交流電流通過定轉子上的繞組，產(chǎn)生各自的旋轉磁動勢，并共同合成了氣隙磁場，這是一種以基頻為主要成分，還含有少量高頻成分的旋轉運動電磁波，在這樣氣隙電磁波的作用下，在定子鐵芯齒上產(chǎn)生的電磁力分成徑向和切向兩個分量，而徑向分量電磁力使定子鐵芯產(chǎn)生振動變形，同時發(fā)出很強的電磁噪聲；切向分量是與電磁轉矩相對應、實現(xiàn)機電能量轉化的作用力，它使齒對其根部彎曲并產(chǎn)生局部振動變形，是產(chǎn)生電磁噪聲的次要來源。當電動機氣隙的徑向電磁力波頻率與定子徑向的固有振動頻率相同時，電機發(fā)生激烈的共振，并伴有強烈的噪聲，所以，在設計電動機時一定要想方設法使其固有頻率避開氣隙的電磁力波頻率。

機械振動和噪聲包括以下幾種情況：電動機轉子機械上不平衡產(chǎn)生的振動與噪聲、軸承振動產(chǎn)生的噪聲、受軸承激振而產(chǎn)生的端蓋軸向振動與噪聲、電動機一些附件之間的摩擦振動與噪聲等等，這部分只占電動機總的振動噪聲的很小一部分，與電磁振動、空氣動力噪聲相比，可以忽略不計。

空氣動力噪聲是由自通風風扇或者具有外部通風設備的風扇和電動機轉子旋轉時產(chǎn)生的，包括旋轉噪聲和渦流噪聲。當風扇旋轉時，葉片周期性打擊空氣，引起其周圍空氣壓力脈動，發(fā)出旋轉噪聲；當風扇的葉片轉動使其周圍氣體產(chǎn)生渦流，由于黏滯力的作用，這些渦流又會分裂成一系列小渦流，渦流跟渦流的分裂時使空氣產(chǎn)生擾動，形成稠密和稀疏的振動，發(fā)出渦流噪聲，其頻率正比于氣流的速度。不同結構、不同容量的電動機，空氣動力噪聲在電動機總噪聲中的占比是不一樣的。

1.4.2　隔爆電動機振動噪聲的嚴重性

本書要研究的隔爆電動機，是應用于冶煉、礦山機械等行業(yè)的驅(qū)動系統(tǒng)，要求這些電動機具備大功率、大力矩、高防爆等級等性能，即電壓等級高、電流密度大、效率高、機殼強度與密封性高等，這就為冷卻結構設計帶來了很大的難題。電流密度大，意味著電阻損耗大，熱負荷高；電壓等級高，意味著電動機定子絕緣厚，散熱困難，再加上機殼密封性好，在高的熱負荷下，更加劇了電動機內(nèi)的高熱量積聚程度，如果不采用大功率風扇來生成強風，會很難把熱量散發(fā)出來，控制住電動機內(nèi)的溫升。圖1-2為一臺大功率隔爆電動機的照片，從中可以看出，為了把電動機內(nèi)部的熱量及時帶出來，采用了大型強力冷卻風扇，并兼顧到了電動機整體的密封隔爆性，將強力風扇裝備到與機殼關聯(lián)的引風罩內(nèi)，具體的風路冷卻結構在后續(xù)章節(jié)里詳細說明。但是這樣設計冷卻結構的后果是，高速旋轉的氣流猛烈撞擊引風罩，引發(fā)較大的振動并發(fā)出高分貝尖銳刺耳的噪聲，實測結果表明，隔爆電動機的空氣動力噪聲在其總噪聲中的占比超過一半強，為主要成分。不僅如此，為了提高效率和功率因數(shù)，隔爆電動機的氣隙一般要取得略小些，這又導致氣隙諧波磁場及徑向電磁力波的增大，而加劇電磁振動與噪聲。因此，如前所述，對于大工業(yè)生產(chǎn)領域里使用的驅(qū)動用大型隔爆電動機，其引起的振動與噪聲要遠高于一般普通的異步電動機。

圖1-2　隔爆型異步電動機的引風罩及其內(nèi)部風扇

解決上述問題的有效方法，應該是在現(xiàn)有基礎上采用新材料、新結構、新工藝等創(chuàng)新性手段，本書正是出于這樣的目的來研究隔爆電動機的新型絕緣結構與冷卻結構。