電動機噪聲及其控制

摘 要： 本文敘述了噪聲的基本概念和電動機噪聲對人體健康的危害。根據(jù)聲學原理，著重分析了電動機的噪聲來源及降噪方法。以噪聲源控制、傳播途徑控制和保護接收者為途徑，介紹了降低電動機噪聲級的輔助措施。

關(guān)鍵詞： 電動機噪聲 主要降噪措施 輔助措施

1.噪聲是危害人類健康的殺手之一

凡是使人煩惱的、破壞安靜的，影響人們正常生活、工作、學習的聲音，不管是樂音還是其他聲音，都稱之為噪聲。科學研究表明，讓一個健康的人在大于90分貝的環(huán)境中工作超過2小時，耳朵會嗡嗡作響，聽覺靈敏度下降；有的還會產(chǎn)生眼脹、眼痛、流淚、光適應度降低等視力不清癥狀。受高強度噪聲長期刺激，可引發(fā)各種疾病：中樞神經(jīng)發(fā)生紊亂，致使大腦皮層興奮或抑制失調(diào)，表現(xiàn)出非常煩躁不安、頭暈、頭疼、耳鳴、心慌等癥狀；能使人植物神經(jīng)功能發(fā)生紊亂，導致血壓升高或降低、心電圖發(fā)生改變、胃腸道功能障礙、抵抗力減弱等癥狀；還會影響胎兒發(fā)育和兒童智力；妨礙通訊，干擾控制信號的接收，進而會誘發(fā)各類次生工業(yè)事故。因此噪聲是危害人類健康的殺手之一。

2.電動機噪聲來源

電機的使用非常廣泛。據(jù)調(diào)查，目前國產(chǎn)的中小型電機噪聲多在90—100dB之間，大型電機噪聲均高達100dB以上。噪聲分為機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁噪聲三大類。根據(jù)發(fā)聲機理，主要為振動噪聲。由機械振動產(chǎn)生的噪聲稱為機械噪聲，由空氣振動產(chǎn)生的噪聲稱為空氣動力性噪聲，由電磁振蕩產(chǎn)生的噪聲稱之為電磁噪聲。主要來源有以下幾種。

2.1結(jié)構(gòu)噪聲源。

電動機主要由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成的，所有電機的轉(zhuǎn)子相對于轉(zhuǎn)軸不可能做到完全對稱（包括質(zhì)量分布和力矩平衡），這就勢必會導致電機在做功時因偏心轉(zhuǎn)動而使轉(zhuǎn)子與軸承間產(chǎn)生偏心振動，通過連接部件傳到機體，使底座和基礎(chǔ)間發(fā)生松動碰撞，進行放大，放大的結(jié)果類似于偏心打夯機。一個轉(zhuǎn)動的電動機，機械噪聲是最明顯的。轉(zhuǎn)子不平衡是主要激振力，安裝松動是助長放大的“溫床”。

2.2風扇噪聲源。

電動機安裝風扇是為了滿足散熱的要求，但高速旋轉(zhuǎn)的風扇，由于空氣與風扇葉片之間的相對速度很大，葉片周期性打擊空氣，引起空氣的壓力脈動，在葉片附近必然會出現(xiàn)大量渦流，從而形成強烈、寬頻帶的空氣動力性噪聲，同時，激勵葉片振動而發(fā)出振動噪聲。

2.3進氣、排氣噪聲源。

風扇轉(zhuǎn)動時，氣流通過進口、出口（風罩）處發(fā)生氣流擾動，會出現(xiàn)渦流、層流及噴流等現(xiàn)象，形成通氣噪聲，屬低頻空氣動力性噪聲。嚴重時會產(chǎn)生強烈而尖厲的口哨噪聲。

2.4換氣噪聲源。

風扇進行冷卻時，不斷抽換轉(zhuǎn)子和定子空隙之間的熱氣體，形成高速熱氣流，特別當空隙存在間斷性和不均勻性時，氣流受阻引起非常強烈的笛鳴噪聲和渦流噪聲。

2.5電磁噪聲源。

電動機產(chǎn)生電磁噪聲的因素十分復雜，根據(jù)電機設計理論，電機的電磁噪聲主要源于磁通穿過定子繞組與轉(zhuǎn)子鐵心間氣隙時所產(chǎn)生的徑向電磁力波，包括基波B1sinωt，由定子繞組磁勢所造成的各種諧波磁通∑Bnsinnωt，由轉(zhuǎn)子繞組磁勢所造成的各種諧波磁通∑Bksikωt，等等，相互作用產(chǎn)生徑向力波形成電磁噪聲。其強度與磁通大小、電機結(jié)構(gòu)、振動特性、定子聲輻射的性質(zhì)等有關(guān)。

3.電動機噪聲的主要降噪措施

3.1機械噪聲源的降噪。

改善轉(zhuǎn)子平衡的程度是降低機械噪聲的關(guān)鍵措施之一，這很大程度上取決于電機結(jié)構(gòu)的設計和完善，制造、安裝水平的提高。①選擇適當?shù)碾妱訖C材料，提高加工精度，使轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布和力矩相對于轉(zhuǎn)軸盡可能接近完全對稱，并保持不變形。②選擇更高精度的軸承。③保證軸承和軸承座端蓋之間的配合良好，如用焊接代替鉚接。④提高裝配技術(shù)，校準中心，維持好動態(tài)平衡，注意維護保養(yǎng)。⑤底座和基礎(chǔ)之間采取阻尼減振措施，如橡膠、彈簧等，或安裝減振器，加大機座的阻尼（如襯墊阻尼材料：J70-1防振隔熱阻尼漿、瀝青石棉絨阻尼漿、軟木防熱隔振阻尼漿等）。這些都是降低機械噪聲的方法。

3.2空氣動力性噪聲源的降噪。

空氣動力性噪聲直接與氣流的線速度和氣壓差有關(guān)，因此，使風路平滑，氣流順暢，減少突變，降低氣壓差和氣流速度，是降低空氣動力性噪聲的關(guān)鍵。具體措施如下。

3.2.1電動機主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的降噪。在額定轉(zhuǎn)速和不影響電機做功要求的前提下，合理設計電機結(jié)構(gòu)，適當增加定子與轉(zhuǎn)子的間隙，盡可能減小轉(zhuǎn)子的表面積，以最小限度的風速、風量滿足電機的散熱要求，這樣產(chǎn)生的空氣動力性噪聲降低就弱。提高制造工藝水平，使表面越光滑，不存在間斷性和不均勻性，對于降低電機產(chǎn)生的笛鳴噪聲，可以達到很好的效果。

3.2.2冷卻系統(tǒng)的降噪。風扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期性打擊空氣而形成的渦流噪聲，所夾雜的基波和高次諧波與風扇的葉片數(shù)、直徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，葉片數(shù)越多、直徑越大、轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的噪聲越強。因此，在滿足電機的散熱要求的前提下，改進冷卻風扇的結(jié)構(gòu)形狀，葉片數(shù)量由多變少，縮小風扇的外徑，是降低風扇噪聲最有效的措施。要考慮設計合理的通風途徑，即風葉和風罩間的風道與風口罩，改進排氣口（風罩）和進氣口形式，使風路平滑，減少突變，氣流順暢，以有效減少渦流、層流噪聲。

3.3電磁噪聲源的降噪。

電磁噪聲是由電機定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場中各次諧波磁場相互作用所產(chǎn)生的徑向力波形成的。其強度決定于定子槽數(shù)、轉(zhuǎn)子槽數(shù)、極對數(shù)的配合數(shù)值。使轉(zhuǎn)子槽數(shù)減少且接近于定子槽數(shù)，并將轉(zhuǎn)子直槽改為斜槽，可增加漏抗，使各次諧波磁場在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中互相感應的電流有不同程度的減小。這樣可有效控制和降低電動機的電磁噪聲。

4.降低電機噪聲的輔助措施

前面介紹的都是對電機本身的噪聲源采取降低噪聲的措施。當電機噪聲源的噪聲降低到一定程度后，要繼續(xù)降低到環(huán)境噪聲控制的要求，有時要花費很多生產(chǎn)制造上的費用，這就要分析和權(quán)衡，可考慮采取輔助措施降低電機噪聲。所謂輔助措施是指在聲源以外配裝輔助設備的降噪控制措施，通過在聲源處控制、在傳播途徑上控制和保護接收者，最大限度地減小噪聲對人類健康危害。

4.1噪聲源處控制。

4.1.1消聲。用消聲器來降低噪聲。消聲器是一種既允許氣流順利通過，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置，可降低電機冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的空氣動力性噪聲。目前應用廣泛的是微穿孔板消聲器，其吸聲系數(shù)高，吸收頻帶寬，壓力損失很小，氣流再生噪聲低，且易于控制。

4.1.2隔聲。把聲源封閉在有限的空間內(nèi)，使聲源與周圍環(huán)境隔絕，隔斷輻射，如配裝局部隔聲罩、箱式隔聲罩、組裝式隔聲罩等。甚至建造具有足夠隔聲量的墻體，以及有一定隔聲性能的門、窗組成的隔聲間，將噪聲源封閉。

4.2.3隔振與阻尼。為了防止電機通過剛性基礎(chǔ)將振動放大或傳給工作臺，在電機和基礎(chǔ)之間安裝減振器；在電機和其他結(jié)構(gòu)間鋪設具有一定彈性的襯里材料，如橡膠板、軟木、毛氈、石棉板等；在電機周圍挖一條深溝，內(nèi)填鋸末、膨脹珍珠巖等。

4.2噪聲傳播途徑的控制。

噪聲是通過空氣媒質(zhì)傳播的，根據(jù)聲學基本原理，接受點離聲源的距離每增加一倍，聲強就會降低6分貝。因此，可在聲源與受影響者之間修建隔聲屏障，修建表面涂有吸聲材料的吸聲墻等，從噪聲的傳播途徑加以控制。若條件允許，可使電機和作業(yè)場所遠離居民區(qū)，并在傳播路徑上種植有一定密度和寬度的樹叢和草坪，設立專門的綠化隔聲帶，或利用地形（如山崗、土坡等）阻斷、屏蔽噪聲的傳播。

4.3保護接收者。

噪聲控制的最后一關(guān)就是保護接收者。首先，車間在結(jié)構(gòu)設計上要具有吸聲效果，建材采用多孔性吸聲材料，以降低反射噪聲；直達噪聲仍超標時，對車間操作人員要進行直接保護，佩帶防護耳塞或防聲頭盔；對于強電磁噪聲環(huán)境下的工作人員，要進行屏蔽保護。考慮到工業(yè)噪聲對居民的影響，居民室內(nèi)可裝飾吸聲材料，安裝隔聲門窗，等等。

5.結(jié)語

電動機作為動力設備之所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大而且最為廣泛，是因為電動機很容易將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，但同時不可避免地產(chǎn)生副作用——噪聲，電動機的噪聲對人類健康造成了一定的危害，因此，對電動機進行噪聲分析及控制的研究具有理論和實踐的重要意義。綜上所述，要降低電機噪聲，重在改善電機的設計和結(jié)構(gòu)。電機制造廠不斷追求提高單位功率有效材料的利用率，而用戶追求效益，且民眾對噪聲問題的要求日益增高，為解決這一矛盾，必須綜合平衡電氣性能和噪聲特性。

參考文獻：

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