1.4　隔爆电动机的振动与噪声

1.4.1　电动机振动与噪声的来源

电动机的振动噪声来自于三个原因，一个是电磁振动，一个是机械振动，一个是空气动力噪声。

电磁振动是由于气隙磁场作用于电动机定转子铁芯产生电磁力所激发，该电磁力又称为激振力。根据电动机的工作原理，交流电流通过定转子上的绕组，产生各自的旋转磁动势，并共同合成了气隙磁场，这是一种以基频为主要成分，还含有少量高频成分的旋转运动电磁波，在这样气隙电磁波的作用下，在定子铁芯齿上产生的电磁力分成径向和切向两个分量，而径向分量电磁力使定子铁芯产生振动变形，同时发出很强的电磁噪声；切向分量是与电磁转矩相对应、实现机电能量转化的作用力，它使齿对其根部弯曲并产生局部振动变形，是产生电磁噪声的次要来源。当电动机气隙的径向电磁力波频率与定子径向的固有振动频率相同时，电机发生激烈的共振，并伴有强烈的噪声，所以，在设计电动机时一定要想方设法使其固有频率避开气隙的电磁力波频率。

机械振动和噪声包括以下几种情况：电动机转子机械上不平衡产生的振动与噪声、轴承振动产生的噪声、受轴承激振而产生的端盖轴向振动与噪声、电动机一些附件之间的摩擦振动与噪声等等，这部分只占电动机总的振动噪声的很小一部分，与电磁振动、空气动力噪声相比，可以忽略不计。

空气动力噪声是由自通风风扇或者具有外部通风设备的风扇和电动机转子旋转时产生的，包括旋转噪声和涡流噪声。当风扇旋转时，叶片周期性打击空气，引起其周围空气压力脉动，发出旋转噪声；当风扇的叶片转动使其周围气体产生涡流，由于黏滞力的作用，这些涡流又会分裂成一系列小涡流，涡流跟涡流的分裂时使空气产生扰动，形成稠密和稀疏的振动，发出涡流噪声，其频率正比于气流的速度。不同结构、不同容量的电动机，空气动力噪声在电动机总噪声中的占比是不一样的。

1.4.2　隔爆电动机振动噪声的严重性

本书要研究的隔爆电动机，是应用于冶炼、矿山机械等行业的驱动系统，要求这些电动机具备大功率、大力矩、高防爆等级等性能，即电压等级高、电流密度大、效率高、机壳强度与密封性高等，这就为冷却结构设计带来了很大的难题。电流密度大，意味着电阻损耗大，热负荷高；电压等级高，意味着电动机定子绝缘厚，散热困难，再加上机壳密封性好，在高的热负荷下，更加剧了电动机内的高热量积聚程度，如果不采用大功率风扇来生成强风，会很难把热量散发出来，控制住电动机内的温升。图1-2为一台大功率隔爆电动机的照片，从中可以看出，为了把电动机内部的热量及时带出来，采用了大型强力冷却风扇，并兼顾到了电动机整体的密封隔爆性，将强力风扇装备到与机壳关联的引风罩内，具体的风路冷却结构在后续章节里详细说明。但是这样设计冷却结构的后果是，高速旋转的气流猛烈撞击引风罩，引发较大的振动并发出高分贝尖锐刺耳的噪声，实测结果表明，隔爆电动机的空气动力噪声在其总噪声中的占比超过一半强，为主要成分。不仅如此，为了提高效率和功率因数，隔爆电动机的气隙一般要取得略小些，这又导致气隙谐波磁场及径向电磁力波的增大，而加剧电磁振动与噪声。因此，如前所述，对于大工业生产领域里使用的驱动用大型隔爆电动机，其引起的振动与噪声要远高于一般普通的异步电动机。

图1-2　隔爆型异步电动机的引风罩及其内部风扇

解决上述问题的有效方法，应该是在现有基础上采用新材料、新结构、新工艺等创新性手段，本书正是出于这样的目的来研究隔爆电动机的新型绝缘结构与冷却结构。