книги из ГПНТБ / Шубов, И. Г. Шум и вибрация электрических машин

тайной по формуле (3-44), происходит за счет поправки на вели­ чину массы, принятой в расчете. При этом формула для расчета податливости остается без изменения. Величина указанной массы зависит от отношения числа пазов в якоре Z к числу пар полюсов р.

Здесь надо различать два случая:

а) Z не является числом кратным р (Z =f= q"p), а следовательно, порядок колебаний г отличается от числа кратного р\

б) Z является числом, кратным р (Z = q"p), и порядок коле­ баний г также кратен р.

Величина колеблющейся массы т, приведенной к 1 см2 сред­ ней цилиндрической поверхности ярма, для указанных случаев приведена в табл. 6-2.

Коэффициент k определяется из следующей зависимости:

(6-14)

'/+ * /

где hp — радиальная высота полюса, hj — высота ярма, Ір — ак­

90

При таких соотношениях от радиальных сил возникают колебания с числом волн по окружности ярма г — 2 Т(см. табл. 6-1).

3. Удельная радиальная сила, приведенная к среднему радиусу ярма по формуле (6-9):

б. Масса при Z — q"p (табл. 6-2)

m = 3,5-10-5 + 2.4.10-6 = 11,5.10_6 кгс-сек2/см.

в. Механический импеданс

1

гр = 7030-11,5-ІО-®. Z3 - = 0,79 кгс-сек/см. 7030-1,6-ІО“2

3. Механический импеданс при действии радиальных сил гр = 0,79 кгс-сек/см При действии изгибающих моментов

т = 3,5-ІО*6 + 2-0,9-4-ІО*5 = 10,7-ІО*5 кгс-секЧсм,

91

Как видно из примера, величина а здесь практически не влияет на уровень вибрации.

6-4. ПРЯМОЙ ПАЗ ПО ДЛИНЕ ЯКОРЯ, ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИЙ ВОЗДУШНЫЙ ЗАЗОР ПОД ПОЛЮСОМ

Эксцентрический воздушный зазор или зазор, увеличиваю­ щийся начиная от середины полюса к его краям, создается спе­ циальным профилем полюсного баш­ мака. Такой профиль обычно характе­ ризуется условным эксцентриситетом, представляющим собой отношение мак­ симального зазора под краем башмака 6шах к минимальному зазору под его

серединой бш1п (рис. 6-5). Эксцентрический воздушный зазор

в машинах постоянного тока создается для ослабления действия знакопере­ менных сил, вызывающих вибрацию и

Рис. 6-6. Магнитное поле под полюсом при эксцентрическом зазоре

шум, и ослабления поля реакции якоря. При этом основным усло­ вием расчета машины должно быть равенство проводимостей эксцентрического воздушного зазора и оптимального для данной машины равномерного воздушного зазора.

В противном случае уменьшение магнитного шума было бы достигнуто за счет использования активных материалов машины. Эффективность эксцентрического зазора увеличивается по мере увеличения отношения bp/ t v

92

Физическая картина возникновения возбуждающих сил при скошенных пазах в якоре аналогична картине в машинах пере­ менного тока. Расчет магнитных сил и возбуждаемой ими вибра­ ции при скосе пазов производится по формулам гл. 4. Так как величина скоса пазов в машинах постоянного тока обычно при­ нимается в долях пазового деления якоря с, то на рис. 4-9 на оси абсцисс даны также значения с.

Эффективным средством подавления магнитного шума является комбинирование скоса пазов с эксцентричностью воздушного зазора. Значительное снижение магнитного шума может быть также достигнуто выполнением «шевронных» полюсных башмаков (рис. 6-7). Однако такая форма полюсов значительно удорожает конструкцию машины, кроме того, при этом значительно труднее

6.Снижение вибрации при скосе пазов

ДІ = 69 — 56 = 13 дб.

94

6-6. ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ НА МАГНИТНЫЙ ШУМ

а. Некомпенсированные машины. Реакция якоря приводит к искажению магнитного поля в воздушном зазоре, вследствие чего индукция под одной стороной полюсного башмака стано­ вится больше, чем с другой стороны.

Пазовые гармоники обмотки якоря сдвинуты на 90° относи­ тельно пазовых гармоник поля возбуждения. В связи с этим виб­ рацию ярма при нагрузке можно представить в виде двух одина­ ковых волн деформаций, сдвинутых относительно друг друга на 90°, одна из которых создана полем возбуждения, а другая — полем реакции якоря.

Если механический импеданс ярма при переходе от холостого хода к нагрузке меняется незначительно, то расчетом можно пока­ зать, что уровень вибрации под нагрузкой возрастет не более чем на 3 дб.

Имеющийся опыт показывает, что в большинстве случаев вибрация зубцовой частоты под нагрузкой мало отличается от вибрации при холостом ходе. Имеющиеся одиночные случаи значительного возрастания вибрации под нагрузкой можно объ­ яснить уменьшением механического импеданса ярма.

б. Компенсированные машины. В таких машинах поле реакции компенсируется полем компенсационной обмотки. Поэтому при расчетах возбуждающих сил можно пользоваться вышеприведен­ ными расчетными формулами для холостого хода.

При скосах пазов на пазовое деление аналогично холостому ходу подавляются радиальные силы Рг и изгибающие моменты Мг.

Порядковое число силовых волн при числе пазов компенса­

При Z' ± Z" = 2pq возбуждаются колебания нулевого вида. Надо, однако, отметить, что в случае неполной компенсации поля реакции якоря остаточные поля могут существенно отразиться на уровнях магнитной вибрации.

6-7. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ

Анализ результатов виброакустических измерений ряда одно­ типных машин постоянного тока показал, что, несмотря на то, что они выполнялись по одним и тем же чертежам и различие между ними могло быть только в пределах технологических допусков, все же имеется значительный разброс величин шума на зубцовой частоте между различными машинами.

Для выяснения причин такого разброса было исследовано влияние следующих факторов:

а) различие величин зазоров под отдельными главными полю­ сами в пределах ±10%<расчетного значения зазора;

б) условия прилегания полюсов к ярму.

95

Неравномерность воздушного зазора под полюсами, как пока­ зывают расчеты и опыты, не вызывают существенного изменения величины возбуждающих сил, однако при этом возможно изме­ нение числа силовых волн на ±1. Это может привести к значи­

казал опыт, полюса в этом случае совершают маятниковые коле­

Прилегание полюсов по рис. 6-8, б давало стабильные резуль­ таты измерений, мало зависящие от усилия затяга,

Глава седьмая

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ШУМ

7-1. О Б Щ И Е З А М Е Ч А Н И Я

Существующее стремление улучшить использование активных материалов с целью уменьшения габаритов и веса электрических машин находится в прямом противоречии с требованиями сниже­ ния аэродинамического шума. Объясняется это тем, что с улучше­ нием использования электрической машины, увеличивается коли­ чество охлаждающего воздуха, необходимого для отвода выделяе­ мого тепла, что влечет за собой возрастание аэродинамического шума.

Всовременных вентилируемых машинах, особенно открытого

изащищенного исполнения, шум, создаваемый потоками воздуха, превалирует над всеми источниками шума. Поэтому возникающие трудности на пути создания малошумной электрической машины,

96

как правило, связаны не только с выбором наиболее рациональ­ ных в акустическом отношении конструктивных форм, но и проектированием системы ее вентиляции.

7-2. О Б Р А З О В А Н И Е А Э Р О Д И Н А М И Ч Е С К О Г О Ш У М А

Аэродинамический шум является следствием вращения ротора и насажденного на его вал вентилятора. Хорошо выполненная в акустическом отношении машина имеет сплошной спектр частот шума. Однако на этот шум во многих случаях могут налагаться высокочастотные тональные составляющие, зависящие от кон­ структивных особенностей ротора и корпуса.

Основными причинами возникновения аэродинамического шума являются:

а) шум вентилятора в широком диапазоне частот, обусловлен­ ный срывающимися вихрями и тональными звуками от рассечения воздушной струи кромками лопаток и диском вентилятора;

б) шум вращения ротора в широком диапазоне частот, обуслов­ ленный срывом вихрей с его поверхности, и тональными звуками от рассечения воздушной струи головками обмоток ротора или выступающими концами стержней беличьей клетки короткозамкну­ тых роторов;

в) шум воздушных потоков в широком диапазоне частот, вызы­ ваемый срывом вихрей с неподвижных препятствий в вентиля­ ционных путях, например, на решетках входных и выходных окон, с ребер статора, лобовых частей обмоток статора и др.;

г) звуки сиренной тональности с дискретными частотами, вызываемые тем, что воздушный поток на выходе с вентиляторного колеса встречает на своем пути препятствия в виде ребер, проход­ ных шпилек и других аналогичных деталей;

д) тональные звуки дискретной частоты, вызванные периоди­ ческими колебаниями давления на отдельных участках аэроди­ намической цепи, например, при пульсациях потока воздуха, выходящего из радиальных вентиляционных каналов ротора и входящего в радиальные вентиляционные каналы статора.

7 -3 . Ш У М В Е Н Т И Л Я Т О Р А

Основную часть аэродинамического шума в машинах как с самовентиляцией, так и с посторонней вентил-яцией создает вентилятор.

В машинах с самовентиляцией невозможно по ряду конструк­ тивных соображений и требованиям работы в обоих направлениях вращения выполнить вентилятор и корпус, в который он встроен, по всем правилам аэродинамики.

Геометрия встроенного вентилятора зависит во многом от кон­ структивных особенностей машины. Поэтому часто не удается

сконструировать вентилятор с оптимальной геометрией, обеспе­ чивающей максимум к. п. д. и минимальный шум.

Многочисленные исследования показали, что шум центробеж­ ного вентилятора состоит из шума вращения, определяемого в основном окружной скоростью и геометрическими размерами вентилятора, и составляющей, определяемой только его произво­ дительностью и напором.

Гюбнер [49] подробно исследовал вентилятор с отношением диаметров d j d 2 = 0,7 и с числом лопаток 19. Он установил, что изменение шума центробежного вентилятора при различной про­ изводительности V и постоянной скорости вращения п составлял для всего диапазона между V — 0 и V = Ѵ„ приблизительно 7 дб.

На рис. 7-1 показана за­ висимость снижения об­ щего уровня громкости шума от коэффициента дросселирования

плотность воздуха, кг/м3; V — производительность, м31сек; D — диаметр заса­ сывающего отверстия, м.

Такой характер спадания общего уровня шума наблюдается почти у всех машин независимо от их конструктивного исполнения.

Проведенные исследования показали, что составляющая, опре­ деляемая шумом вращения, оказывает значительно меньшее влия­ ние на общий уровень шума центробежного вентилятора, чем раз­ виваемый напор и производительность. Это значит, что конструк­ тивные формы вентилятора имеют второстепенное значение в обра­ зовании аэродинамического шума.

Для выяснения влияния указанных факторов на шум на ма­ шине мощностью 30 кет при 3000 об/мин были испытаны четыре различных конструкции центробежного вентилятора.

1.Литой силуминовый двухрядный вентилятор с наклонными лопатками. Внутренний ряд лопаток выполнен удлиненными, наружный — укороченными. Общее число лопаток 24. Диаметр вентилятора 344 мм.

2.Литой силуминовый однорядный вентилятор с 13 радиаль­

3. Литой силуминовый однорядный вентилятор с 18 наклон­ ными лопатками. Этот вентилятор имел два исполнения, отли­ чающиеся диаметрами (346 и 300 мм).

08

Таблица 7-1

Влияние исполнения вентилятора на шум машины

99