1.7.2. Показатели вибрации электрических машин

При оценке вибрации электрических машин за основные величины принимаются: вибрационное смещение S — мгновенное значение отклонения колеблющегося элемента относительно положения равновесия, вибрационная скорость v — мгновенное значение скорости колеблющегося элемента:

v = dS/dt,

и вибрационное ускорение а — мгновенное ускорение колеблющегося элемента:

а = d²S/dt² = dv/dt.

При гармонических колебаниях достаточно измерить частоту и одну из основных величин, а затем рассчитать остальные. Так, при частоте со и амплитуде вибрационного смещения S амплитуда вибрационной скорости

v = caS

и амплитуда вибрационного ускорения А = (ov = co²S.

Для детального исследования вибрации электрических машин необходимо измерять все указанные величины.

Амплитуда смещения является критерием оценки вибрации лишь в случае, если известна частота вибрации.

Ввиду большого интервала абсолютных значений параметров вибрации на практике часто удобно выражать вибрационное перемещение, скорость и ускорение в логарифмическом масштабе относительно пороговых уровней следующим образом:

L_s = 201g-^-; 1„ = 201₈—;

L_a = 201g —,

где S,v, а — значения вибрационного перемещения, мм, скорости, мм/с, ускорения, м/с².

Пороговые значения вибрационного перемещения S_o, скорости v₀ и ускорения а₀ выбираются таким образом, чтобы для частоты 1000 Гц получались одинаковые значения вибрации в децибелах по скорости, ускорению и перемещению.

При гармонических колебаниях между значениями вибрационного перемещения, скорости и ускорения в децибелах имеют место следующие соотношения:

^L" ^{= I}* ^{+ 201g}W

^Ls=L*-^2oig-r4)-

При исследовании полигармонических колебаний приходится оценивать их в определенном диапазоне частот: от нижней граничной частоты /_н до верхней граничной частоты /_в. Обычно рассматриваемый диапазон частот делят на поддиапазоны или полосы частот. Центральная частота полосы определяется равенством

/о ⁼ У/п/в-

Полоса частот, для которой между верхней и нижней граничными частотами имеет место соотношение

/в = 2/„,

называется октавой.

На практике для измерения параметров вибрации пользуются и более узкими полосами частот, а именно ¹/₃ октавы. Для такой

полосы частот значения верхней и нижней граничных частот связаны соотношением

/в=/н|/2.

Эффективное значение вибрационного перемещения, скорости и ускорения в диапазоне частот определяется суммированием уровней всех спектральных составляющих, которые входят в рассматриваемую полосу и рассчитываются в соответствии с выражением

L= 201g —L!—,

'о

где /; - уровни спектральных составляющих; /₀ — пороговый уровень.

Обозначения и опорные значения вибрационных параметров определяются рядом стандартов: ГОСТ 24347-80, ГОСТ 12379-75, ГОСТ 16921-83, ГОСТ 23941-79.

1.7.3. Измерения шума и вибрации

Требования, предъявляемые к электрическим машинам с точки зрения виброакустических характеристик, предусматривают обязательный контроль вибрации и шума на стадии производства и в процессе эксплуатации. Измерения производятся для исследования причин, вызывающих вибрации и шум, и для контроля качества продукции. Измерение виброакустических характеристик при обеспечении требуемого качества электрических машин проводится в соответствии с инструкциями и стандартами, в которых указываются методика измерений, измерительная аппаратура, условия монтажа и режим работы машины. Результаты измерений сопоставляются с эталоном или с контрольными данными для выявления соответствия полученных результатов допустимому уровню вибрации и шума.

Различные методики позволяют контролировать определенные акустические параметры электрической машины: общий уровень звукового давления, звуковую мощность, характеристику направленности излучения и т. д.

Шумовые характеристики определяются в свободном звуковом поле (в заглушённых камерах, в помещениях с большим поглощением или в открытом пространстве); в отраженном звуковом поле (в реверберационных камерах); в обычных помещениях с помощью образцового источника шума на расстоянии 1 м от внешнего контура машины.

Определение шумовых характеристик

регламентируется несколькими стандартами: ГОСТ 12.1.024-81 и ГОСТ 12.1.025-81, представляющими точные методы, ГОСТ 12.1.026-80 и ГОСТ 12.1.027-80, представляющими технические и ГОСТ 12.1.028-80-ориентировочный методы.

При определении характеристик направленности излучения шума следует пользоваться только методом измерения в свободном звуковом поле.

Метод определения шумовых характеристик с помощью образцового источника применим в обычных помещениях с объемом не менее 60 м³.

В соответствии с ГОСТ 23941-79 (СТ СЭВ 541-77) при измерении и оценке допустимых уровней шума условия установки источника шума должны приближаться к обычным условиям при его работе в процессе эксплуатации.

Режимы работы машины должны соответствовать типовым установившимся режимам: при номинальной нагрузке и номинальной частоте вращения, при полной нагрузке, при холостом ходе, при различных операциях технологического процесса.

Не всегда удается провести корректные измерения шума в номинальном режиме нагрузки. Это объясняется тем, что для создания номинальной нагрузки возникает необходимость сочленения испытуемой машины со вспомогательным устройством — машиной, которая вносит значительные искажения в результаты измерения. Поэтому измерение шума в режиме номинальной нагрузки проводят лишь для электромашинных преобразователей и других машин, нагрузка которых может быть осуществлена без механического соединения со вспомогательной машиной или механизмом (тормозом, вентилятором и др.).

При исследовании виброакустических характеристик синхронных машин нагрузку имитируют в режиме компенсатора. При типовых испытаниях асинхронных машин и двигателей постоянного тока нагрузочное устройство размещают за пределами испытательного помещения (камеры) и соединяют его с испытуемой машиной.

Большое влияние на шумовые характеристики имеет частота вращения ротора машины. От нее в значительной мере зависят шумы аэродинамического и механического происхождения, поэтому частота вращения при акустических испытаниях машины должна быть номинальной.

За нормируемый уровень шума по ГОСТ 11929-87 и ГОСТ 16372-84 принимается средний уровень звука на расстоянии

1 м от контура машины. Выбор точек производится в соответствии с ГОСТ 11929-87.

В зависимости от требований к уровню шума электрические машины разделяются на четыре класса. При отнесении различных типов электрических машин к классам по их уровням шума можно руководствоваться следующим перечнем:

класс 1 - машины, к которым не предъявляются специальные требования по уровню шума;

класс 2 — машины с малошумными подшипниками качения, со специальными малошумными конструкциями вентиляторов и т. д.;

класс 3 — машины с пониженным использованием активных материалов, закрытые (с водяным или естественным охлаждением), с глушителями вентиляционного шума, с подшипниками скольжения;

класс 4 — машины со звукоизолирующим кожухом или другими существенными изменениями конструкции, выполненными для снижения шума.

В качестве иллюстрации в таблице приведены допустимые уровни звука по классу 1 для электрических машин различных мощностей со степенью защиты IP44.

Полученные результаты измерений шума в свободном звуковом поле обрабатываются в следующем порядке:

1. При наличии помех, уровень звука которых на 6 —9 дБ отличается от уровня звука работающей испытуемой машины, необходимо вносить соответствующую поправку, равную 1 дБ. Если разность между уровнем звука машины и уровнем звука помех равна 4 — 5 дБ, то поправка, учитывающая влияние помех, будет равна 2 дБ, т. е. из уровня звука работающей машины необходимо вычесть 2 дБ. При разностях уровней звука машины и помех более 9 дБ поправка не вносится.

2. Производится усреднение уровней звука, измеренных в нескольких точках вокруг машины. Если усредняемые уровни звука, измеренные в точках, отличаются друг от друга менее чем на 5 дБ, то за средний уровень звука принимается среднее арифметическое значение. Если они различаются более чем на 5 дБ, усреднение проводится по формуле

/ »                                                                                                                             \

L = 101g X 10°'^u -lOlgn,

где L, — уровень звука в j'-й точке измерения на расстоянии 1 м от корпуса; п — количество точек измерения.

При проведении типовых испытаний дополнительно измеряются уровни звукового давления в октавных полосах в точке с максимальным уровнем звука.

Согласно ГОСТ 16921-83 при оценке вибрации электрических машин основной измеряемой величиной должно являться эффективное значение вибрационной скорости 1>_эф, измеренное в диапазоне от рабочей частоты до 2000 Гц. Необходимость проведения спектрального анализа по вибрационному ускорению в диапазоне частот свыше 2000 Гц согласуется дополнительно.

Для оценки вибрации установлено восемь классов, индексы которых по ГОСТ 16921-83 соответствуют максимально допустимой для данного класса вибрационной скорости.

Основные требования к измерительной аппаратуре изложены в ГОСТ 16876-71 и ГОСТ 17168-82.

В соответствии с ГОСТ 12379-75 виброизмерительные преобразователи должны жестко крепиться к испытуемой электрической машине или дополнительной массе, причем масса вибропреобразователя не должна превышать 5 % массы электрической машины.

Мощность,	LdlA,	дБ (по шкале	А), для номинальных частот вращения, об/мин
кВт	600-900	900-1320	1320-1900	1900-2360	2360-3150	3150-3750
0,25-1,1	67	70	71	74	75	79
1,1-2,2	69	70	73	78	80	82
2,2-5,5	72	74	77	82	83	85
5,5-11	75	78	81	86	87	90
11-22	78	82	85	87	91	93
22-37	80	84	86	89	92	95
37-55	81	86	88	92	94	97
55-110	84	89	92	93	96	98
110-220	87	91	94	96	98	100
220-400	88	92	96	98	99	102
400-630	89	93	97	99	100	103
630-1000	91	95	98	100	101	104

При контроле вибрации следует применять упругую установку испытуемой машины. В тех случаях, когда по техническим причинам упругая установка испытуемой машины невозможна, допускается жесткая установка машины на фундаменте без специальных упругих элементов. Масса фундамента при такой установке должна превышать массу испытуемой машины не менее чем в 10 раз. Испытуемая машина при упругой и жесткой установке должна иметь эксплуатационное положение.

Совокупность всех приспособлений, связанных с электрической машиной при упругой установке, называется дополнительной массой. Дополнительная масса участвует в колебаниях машины как единое целое. Необходимо выполнять требование, согласно которому т_доп =б 0,1т_маш, где т_доп - дополнительная масса; т_маш — масса испытуемой машины.

В ГОСТ 12379-75 оговорены требования, предъявляемые к упругим элементам. Упругие элементы должны выбираться с учетом условий прочности. Статическое перемещение центра тяжести с дополнительной массой от собственного веса не должно превышать половины максимально допустимого перемещения упругого элемента.

Помехи от внешней вибрации, опре-

деляемые при неработающей машине, не должны быть более 25 % нормируемого значения, т. е. уровень полезного сигнала должен превышать уровень помех на 8 — 10 дБ.

Режим работы машины при оценке вибрации оговаривается техническими условиями или стандартами на определенный тип машины. Например для электромашинных преобразователей и электрических машин, нагрузка которых осуществляется без дополнительных приводных устройств или механизмов, контроль вибрации проводится в режиме номинальной нагрузки. Контроль вибрации синхронных машин проводится при номинальном напряжении и токе статора в режиме перевозбуждения двигателя. Для большинства электрических машин контроль вибрации следует проводить в режиме холостого хода.

Согласно ГОСТ 12379-75 виброиспытания электрических машин с одной рабочей частотой вращения необходимо проводить при номинальной частоте вращения. Испытания многоскоростных машин проводят при частоте вращения с наибольшей вибрацией.

Виброиспытания машин, имеющих регулируемую частоту вращения, выполняют при номинальной и максимальной рабочих частотах вращения.