Elektromagnetisk støy i motorer: definisjon, egenskaper og årsaker

Elektromagnetisk støy i motorerer et vanlig problem under motordrift. Den stammer fra elektromagnetiske kraftbølger generert av det vekslende magnetfeltet i luftgapet mellom statoren og rotoren, samt den magnetostriktive effekten av jernkjernen, som induserer vibrasjoner av statorjernkjernen og rammen og utstråler ytterligere støy. Forskjellig fra mekanisk støy og aerodynamisk støy, har elektromagnetisk støy komplekse årsaker og svekker driftsytelsen til motorer. En grundig-forståelse av dens definisjon, egenskaper og rotårsaker fungerer som en grunnleggende forutsetning for optimalisering av motorytelse og støyreduksjon. Spesifikt refererer det til luftbåren støy som utstråles utover når periodiske elektromagnetiske kraftbølger produsert av det vekslende magnetfeltet i stator-rotorens luftgap utløser tvungen vibrasjon av statorkjernen og rammen, sammen med vibrasjonsstøy indusert av den magnetostriktive effekten av jernkjernen.

Elektromagnetisk støy i motorerkan tydelig skilles fra mekanisk støy og aerodynamisk støy via følgende typiske egenskaper:

Etter at motoren er slått av, fortsetter rotoren å rotere på grunn av treghet, men støyen forsvinner umiddelbart og fullstendig. Dette er den enkleste metoden for å skille elektromagnetisk støy fra andre typer støy. I praktiske tester skal motorhastigheten før strømbrudd være høyere enn hastigheten der det oppstår mistanke om elektromagnetisk støy. Siden rotasjonshastigheten faller raskt etter strømbrudd (spesielt for permanentmagnetmotorer), kreves det en relativt høy avstengningshastighet for å sikre at driftshastighetsområdet etter strøm-av dekker hastighetsbåndet der elektromagnetisk støy oppstår.

Lav-elektromagnetisk støy opptrer vanligvis som en matt resonant summende lyd hovedsakelig forårsaket av lav-ordens magnetiske feltharmoniske; høy-elektromagnetisk støy manifesterer seg som skarp plystring eller knirkende støy, som primært stammer fra PWM-modulasjonsovertoner, sporharmoniske og høy-magnetiske harmoniske.

Resonans vil oppstå når eksitasjonsfrekvensen til elektromagnetiske kraftbølger faller sammen med eller nærmer seg den naturlige vibrasjonsfrekvensen til statorkjernen og rammen, noe som fører til en eksponentiell økning i støynivået og resulterer i sterk unormal støy.

Dannelsesmekanismen for elektromagnetisk støy følger kjeden: luft-gap magnetisk feltforvrengning → vekslende elektromagnetiske kraftbølger → tvungen strukturell vibrasjon → støystråling, med luft-gap magnetfeltforvrengning som kjerneårsak.

1. Radielle elektromagnetiske kraftsvingninger indusert av luft-gap magnetisk feltforvrengning

Luftgapet mellom statoren og rotoren er kjernemediet for magnetfeltoverføring inne i en motor. Under ideelle forhold følger luftgapets magnetfelt en standard sinusbølgeform med jevnt fordelte og symmetriske elektromagnetiske krefter fri for periodiske svingninger, og genererer dermed ingen vibrasjoner eller støy. I praktiske ingeniørapplikasjoner vil imidlertid ulike design- og produksjonsavvik som pol-sportilpasning, stator-rotoreksentrisitet, asymmetriske magnetiske kretser og ubalanserte fasestrømmer forvrenge magnetfeltet og generere mange harmoniske magnetiske felt. Når de overlapper det grunnleggende magnetiske feltet, produserer disse harmoniske feltene radielle elektromagnetiske kraftbølger av forskjellige rekkefølger og frekvenser. Fungerer som periodiske vekslende belastninger på statortennene og jernkjernen, og radielle krefter strekker og klemmer statorstrukturen kontinuerlig for å indusere-høyfrekvent statorvibrasjon. Vibrasjonsenergien overføres til motorrammen, agiterer omgivelsesluften og danner til slutt elektromagnetisk støy. Denne hovedmekanismen står for mer enn 80 % av den totale elektromagnetiske støyenergien.

2. Sporharmonisk eksitasjon forårsaket av spalteeffekt

Spor maskinert på statoren og rotoren bryter ensartetheten til magnetiske kretser i luftgapet og utløser spor harmoniske magnetiske felt. Stator- og rotorspalteåpninger fører til periodiske fluktuasjoner av magnetisk flukstetthet i luftgapet, og genererer harmoniske elektromagnetiske krefter med faste rekkefølger og stabile amplituder. Slike harmoniske krefter har faste frekvenser og sterk eksitasjonskapasitet, som utgjør den ledende årsaken til høy-elektromagnetisk plystring i små og mellomstore permanentmagnetmotorer og induksjonsmotorer. Spesielt når stator- og rotorspaltnummeret er urimelig tilpasset, øker amplituden av sporharmoniske krefter kraftig, noe som lett resonerer med statorstrukturen og forverrer støydefekter. Derfor er stator-rotorsportilpasning en kritisk parameter i motordesign. Det må bekreftes i den innledende designfasen, da modifikasjoner i det senere stadiet vil være ekstremt vanskelig.

3. Magnetostriktiv effekt og interferens fra kontrollharmoniske

På den ene siden gjennomgår silisiumstålplater i motorjernkjernen periodisk liten ekspansjon og sammentrekningsdeformasjon under vekslende magnetiske felt, kjent som den magnetostriktive effekten. Slike høy-mikro-deformasjoner driver den totale vibrasjonen av jernkjernen og produserer lav-elektromagnetisk brumming, som er spesielt fremtredende i høy-motorer med store-jernkjerner. På den annen side drives motorer med variabel-frekvensjusterbar-hastighet av frekvensomformere som bruker PWM-modulasjon. Firkantbølgepulsmodulasjon introduserer rikelig-høyfrekvent spenning og strømharmoniske, som ytterligere forvrenger luft-gapets magnetfelt, genererer høyfrekvente elektromagnetiske kraftbølger og forårsaker den unike høy-frekvente plystrestøyen til motorer med variabel{{15}. I tillegg vil eksentrisitet for luftgap, asymmetrisk viklingsfordeling, viklingssvingfeil, inkonsekvent magnetisk permeabilitet til silisiumstålplater og andre defekter forverre magnetfeltforvrengning og indirekte forsterke elektromagnetisk støy.

Essensen avelektromagnetisk støy i motorerreduksjon ligger i harmonisk optimalisering, blant hvilke sporharmoniske er toppprioritet. Andre typer harmoniske er relativt lettere å optimalisere og utøver mindre påvirkninger på elektromagnetisk støy. Nøkkelfaktorer som påvirker sporharmoniske inkluderer pol-sportilpasning, sporåpningsbredde og sporåpningsdybde, som skal evalueres grundig sammen med andre motorytelsesindikatorer under design.