32. Вибрация электродвигателей. Нормы. Измерения вибрации.

Источники вибрации и шума электрических машин.

Силы, вызывающие вибрацию электрической машины, подразделяются на силы магнитного, механического и аэродинамического происхождения. Основными источниками вибрации и шума электрических машин являются магнитные, механические и аэродинамические источники.

Магнитныеисточники вибрации связаны с высшими гармоническими, которые обусловлены наличием зубцов на статоре и роторе, несимметрией и несинусоидальностью напряжения питания, эксцентриситетом воздушного зазора, несинусоидальным распределением МДС обмотки и целым рядом других причин.

К механическим источникам относятся небаланс ротора, несоосность и перекос посадочных мест подшипника, отклонения в форме их колец и разброс размеров сепаратора, тепловая деформация ротора, прогиб вала, погрешности коллекторного узла и др.

Аэродинамическиеисточники связаны с вентилятором и другими расположенными на роторе деталями.

Силы магнитного происхожденияв свою очередь делятся в зависимости от направления действия на аксиальные, тангенциальные и радиальные. Эти силы наиболее выражены в диапазоне частот 100-4000Гц, в котором человеческое ухо обладает повышенной чувствительностью к шуму.

Аксиальные силывызывают смещение ротора по отношению к сердечнику статора, что приводит к их взаимному аксиальному сдвигу и повышению уровня вибрации.

Тангенциальные силысоздают вращающий момент. Эти силы также вызывают вибрации обмоток, особенно в зоне лобовых частей. Тангенциальные силы могут быть особенно при несинусоидальном напряжении питания, источником изгибных колебаний корпуса электрической машины и соответствующих вибраций. Однако основные изгибные деформации корпуса электрической машины в широком спектре частот вызываются радиальными силами.

Магнитные удельные радиальныесилы пропорциональны квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре:

P_r (α,t) = B²(α,t)/(2μ₀),

где P_r (α,t) - радиальная вибровозмущающая сила;

B(α,t) - индукция;

α – пространственная координата;

t- время.

В воздушном зазоре электрической машины индукция магнитного поля может быть представлена суммой основной гармоники B₁и высших гармоник порядка i, обусловленных различными причинами j:

B = B₁ + ∑∑ B_ij

^{i j}

Насыщение магнитопровода является причиной возникновения ряда дополнительных гармоник магнитной индукции, которые в свою очередь могут принять участие в образовании дополнительных вибровозмущающих сил. С достаточной для практических целей точностью насыщение при вибрационных расчетах учитывается третьей гармоникой индукции.

Аналогично в виде дополнительных гармоник магнитной индукции учитывается влияние эксцентричного расположения ротора.

Среди вибровозмущающих сил механического происхождения следует отметить силы, обусловленные подшипниками качения. Интенсивность этого источника вибраций и шума зависит от целого ряда факторов, связанных с технологическими погрешностями изготовления подшипников качения и подшипникового узла. Большое значение имеютвиброакустические свойства подшипниковых щитов, которые при определенной конструкции могут быть интенсивными излучателями звука.

Основными недостатками подшипников в машинах с горизонтальным расположением вала, влияющим на уровень вибрации и шума, являются:

• недостаточная жесткость корпуса подшипника в продольном и поперечном направлениях;

• совпадение частоты собственных колебаний корпуса подшипника с частотой вращения ротора при различных режимах работы электрической машины;

• эксцентричная нагрузка на корпус подшипника, приводящая к изгибающему моменту, действующему в вертикальной плоскости.

Одним из основных источников вибрации и шума механического происхождения является остаточная неуравновешенностьвращающихся частей электрической машины. Неуравновешенность ротора возбуждает значительные вибрации и шум, особенно в быстроходных машинах.

Задачу снижения вибрации от остаточной неуравновешенности роторав настоящее время можно считать практически решенной. Качество современного оборудования для динамической балансировки позволяет выполнить эту задачу с заданной степенью точности, что является условием для получения вибрационных характеристик, удовлетворяющих заданным требованиям.

Однако все неуравновешенные силы, возникающие в электрических машинах, вызывают изменяющиеся во времени дополнительные нагрузки на подшипники, в результате чего происходят виброперемещенияпоследних. В совокупности с конструктивными недостатками подшипниковых узлов эти силы вызывают вибрацию электрической машины в целом.

При трении щеток о коллектор или контактные кольцав электрической машине возбуждаются вибрации и шум, имеющие высокочастотные составляющие. Такие вибрации характерны для крупных машин постоянного тока.

Силы аэродинамического происхождениявызывают вибрации и шум, уровень которых зависит от:

• правильности выбора количества и формы лопаток;

• типа вентилятора и его аэродинамических свойств;

• числа и профиля вентиляционных каналов;

• правильности расположения вентиляторов относительно деталей и узлов электрической машины.

Технология производстваоказывает большое влияние на стабильность виброакустических характеристик. Практика показывает, что их разброс даже у однотипных электрических машин может достигать 20 дБ.

С увеличениемноминального внутреннегодиаметра подшипникових шум и вибрации возрастают на 1-2 дБ на единицу номера типоразмера подшипника.

В значительной мере виброактивность подшипников качения зависит от размеров радиального зазора. Возникающая при этом прецессия вала приводит к ударным взаимодействиям вала с телами качения, вследствие чего генерируется широкий спектр вибраций и шума.

Роликоподшипники имеют уровень вибрации и шума на 1-3 дБбольше, чем шарикоподшипники тех же размеров.

Снижениеуровня шума и вибраций может быть достигнуто применениемподшипников скольжения, которые обеспечивают достаточную бесшумность работы и повышенную вибростойкость.

Демпфирующее действие на вибрацию и шум электрической машины, вызванные колебаниями подшипникового узла, оказывает смазка подшипников. Выбор смазки производится с учетом частоты вращения, рабочей температуры узлов, нагрузки и характера окружающей среды.

Правильные выбор смазкиобеспечивает снижение критической частоты, рассчитанной для ротора на жестких подшипниках, и демпфирование виброперемещения ротора.

Кроме того, улучшение виброакустических характеристик электрических машин может быть достигнуто применением осевого натяга с помощью пружинных шайб.

Снижению уровня вибраций способствует и установка подшипников качения во вкладыши из прессованного медного волокна определенной пористости. С помощью таких опор удается отстроиться от резонанса системы «ротор-корпус-основание» и понизить уровень вибраций на средних и высоких частотах до 12 дБ.