ИЭРЭТУ_4

4 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА И ВИБРАЦИИ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ТРАНСФОРМАТОРОВ

4.1 Шум электрических машин

В общем шуме электрической машины можно выделить следующие составляющие.

Аэродинамический шум появляется в результате движения газообразной охлаждающей среды при вращении различных деталей и узлов электрической машины (ротор, вентилятор, коллектор и др.).

К аэродинамическим шумам относятся и сиренные эффекты,

когда сжатый вентилятором воздух или газ наталкивается на такие препятствия как ребра корпуса или подшипникового щита, крепящие болты и другие подобные детали. Эти препятствия становятся излучателями звуковых волн. В случае равномерного шага лопаток вентилятора основная частота (Гц) сиренного звука

=,

где z – число лопаток вентилятора; n – частота вращения, об/с.

Магнитный шум появляется вследствие возникновения вынужденных колебаний статора и ротора электрической машины под действием знакопеременных электромагнитных сил, имеющих периодический характер. Магнитный шум в основном обусловлен

радиальными силами, пропорциональными квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре машины.

Шум подшипников обусловлен небалансом и неточностью изготовления элементов подшипников качения. Неточность изготовления подшипников приводит к появлению шума с частотой,

превышающей частоту вращения ротора и пропорциональной количеству деформированных тел качения и дефектов их поверхностей, а также дефектов других частей подшипников.

Шум щеток возникает при их скольжении по коллектору и контактным кольцам и зависит от качества поверхностей коллектора и контактных колец, состояния притирки щеток и степени их давления на коллектор и контактные кольца. В составляющих шума щеток наиболее выраженные звуки обусловлены периодическим прохождением коллекторных пластин под щетками (так называемый шум удара).

Шум, возбуждаемый механическими факторами, возникает вследствие распространения вибраций подшипников или внутренних частей машины на большие площади фундаментов или кожухов. Этот структурный шум преобразуется в аэродинамический и излучается в окружающую среду.

4.2 Шум трансформаторов

Шум трансформаторов главным образом обусловлен явлением магнитострикции. В целом можно сказать, что у трансформаторов преобладает магнитный шум.

Магнитный шум. Сердечники трансформаторов под действием

магнитострикции деформируются, вызывая механические колебания

ишум, содержащие высшие гармоники.

Втрансформаторах важная составляющая шума генерируется поперечными вибрациями листов магнитопровода, вследствие различия в длине и толщине листов, составляющих сердечник, и

различия значений коэффициента удлинения листов пакета. Эти отклонения вызывают поперечные вибрации листов, искажение кривой намагничивания и увеличение содержания высших гармоник

ишума, вызванного магнитострикцией.

Также длина магнитопровода изменяется из-за действия магнитных сил, возникающих при переходе магнитного потока от одного листа к другому (соседнему). Это явление возникает, когда параллельные листы имеют различную магнитную проницаемость.

Продольные и поперечные вибрации листов стали магнитопровода являются источниками шума примерно одинаковой мощности.

Шум, вызванный электродинамическими усилиями в обмотках трансформатора, работающего под нагрузкой, обычно невелик благодаря отсутствию люфтов в осевом направлении, так как прессовка обмоток считается упругой. По этой причине уровень шума практически не зависит от нагрузки. Это обстоятельство дает возможность нормировать уровень шума при работе трансформатора в режиме холостого хода. Однако характер и величина нагрузки трансформатора влияют на индукцию в стали и, следовательно, на уровень магнитного шума.

4.3.Оборудование и установки для измерения уровня шума

ивибрации

Измерение уровня шума. Измерение акустических параметров связано с рядом трудностей, обусловленных следующими причинами:

малой величиной абсолютных значений измеряемых величин,

так как акустические давления составляют 10-6... 10-8 от статического атмосферного давления;

большим диапазоном измеряемых частот от 2 до 30 000 Гц;

резонансными особенностями звуковых излучателей и приемников, а также самого помещения, в котором производятся измерения;

сложностью акустических полей в помещениях и их зависимостью от частоты;

сложностью и неустойчивостью спектра звуков, шумов и вибраций, а также явлениями дифракции вблизи акустических приемников.

Поэтому для акустических измерений высокой точности необходимы как измерительные аппараты и анализаторы,

соответствующие предъявляемым требованиям, так и специально оборудованные помещения, обеспечивающие образование звуковых полей самых простых конфигураций.

Для измерения уровня акустического давления в газовой среде,

выражаемого в децибелах, используется шумомер. Он состоит из измерительного микрофона, усилителя, корректирующих цепей,

детектора и индикатора, шкала которого отградуирована в децибелах

Чувствительность микрофона не должна изменяться более чем на

±0,5 дБ при изменении давления окружающей среды на ±10 %.

В зависимости от уровня и частоты шума, а также от условий проведения измерений используются следующие типы микрофонов:

конденсаторный, пьезоэлектрический и электродинамический.

Наибольшее распространение для измерения шумов электрических машин получили конденсаторные микрофоны,

имеющие высокую чувствительность и хорошую частотную характеристику до 10...40 кГц. Кроме того, микрофоны этого типа нечувствительны к внешним электромагнитным полям. Недостатком конденсаторных микрофонов является относительно высокий уровень собственных шумов (35...50 дБ). Большинство шумомеров класса 1 снабжено конденсаторными микрофонами. Конденсаторный микрофон для нормальной работы требует поляризации емкости от специального источника питания, который встраивается в шумомер,

и применения предусилителя. Это наиболее дорогой из всех микрофонов.

Пьезоэлектрический микрофон не требует источника;

поляризации для нормальной работы и обладает значительной;

емкостью. Однако его чувствительность при том же диаметре на,

порядок ниже, чем у конденсаторного микрофона, в связи с чем их применяют в шумомерах класса 2.

Электродинамические микрофоны применяют в шумомерах класса 2. Они имеют низкий уровень собственного шума (10... 15 дБ)

и дешевы в изготовлении. Однако на их работу сильно влияют внешние электромагнитные поля. В некоторых шумомерах используется два усилителя, один из которых включен на выходе

микрофона, а другой – на выходе шумомера для обеспечения устойчивой работы внешних устройств.

Шумомер имеет характеристики коррекции, обозначаемые буквами А, В, С. Указанные характеристики отражают субъективное восприятие шума ухом человека.

Цепь экспоненциального усреднения имеет два режима работы: (быстро) с постоянной времени 125 мс и 5 (медленно) с постоянной времени 1с.

В индикаторе предусмотрена настройка для измерения пиковых, действующих или средних значений уровня шума. При использовании корректированной или линейной кривой по нему можно получить некоторые сведения о тональности шума.:

Измеренный шумомером уровень интенсивности звука не дает спектр частот.

Для анализа спектрального состава шумов используется час-

тотный спектрометр, состоящий из входного усилителя, системы полосовых фильтров, корректирующих цепей А, В, Си выходного усилителя, управляющего измерительными и регистрирующими приборами. Спектрометр, соединенный с самописцем, позволяет автоматически записывать спектрограмму (зависимость уровня шума в децибелах от частоты) на бумагу.

Анализ шума производится только в условиях свободного поля.

Для создания свободного акустического поля при анализе шумов используются специальные помещения, называемые заглушёнными камерами, в которых пол, стены и потолок надежно изолированы как от внешних, так и от вспомогательных внутренних виброакустических источников, сведена до минимума возможность

отражения звуковых волн, устранены электромагнитные помехи,

которые могут отрицательно повлиять на работу измерительной аппаратуры.

В настоящее время имеются материалы и конструкция покрытия внутренней поверхности заглушённых камер, позволяющие; довести коэффициент поглощения падающей звуковой волны до 99% при частотах свыше 100 Гц и 93...99% в диапазоне частот 50... 100 Гц.

Таким образом, степень приближения акустического поля к свободному оказывается весьма высокой. Для уменьшения внешних шумов и вибраций камеру устанавливают на собственном, отдельном от здания, фундаменте и тщательно заделывают стыки и соединения.

В существующих заглушённых камерах уровень внешних шумов доведен до 18... 20 дБ.

Измерение вибрации. Для измерения вибрации применяются виброметры, они обладают аналогичной шумомеру конструкцией,

только вместо микрофона в качестве чувствительного элемента используется вибродатчик. Отличие заключается в области измеряемых частот, поскольку при измерении вибраций достаточно производить измерения в диапазоне от 5 до 1000 Гц. Внешние устройства для анализа вибраций такие же, как и используемые для анализа шумов.

При измерении параметров вибрации могут быть использованы кинематический и динамический принципы измерения. При использовании кинематического принципа координаты точек исследуемого объекта измеряются относительно выбранной неподвижной системы координат. Динамический принцип заключается в измерении параметров вибрации относительно

искусственной неподвижной системы отсчета, в большинстве случаев инерционного элемента.

Датчики вибраций по способу измерения можно разделить на две группы – контактные и бесконтактные. Преимуществом бесконтактных датчиков является возможность проведения измерений с высокой точностью в труднодоступных местах в условиях воздействия внешних электромагнитных полей. В качестве этих датчиков могут использоваться оптические, электромагнитные,

электрические, радиоволновые, акустические и радиационные устройства, механически не связанные с испытуемой машиной и поэтому не вносящие искажений в картину вибраций.

При промышленных испытаниях используются более дешевые контактные датчики, масса которых незначительна и поэтому их применение практически не вносит искажений в вибрационное состояние исследуемых трансформаторов и электрических машин,

включая машины малой мощности. В качестве контактных датчиков вибрации получили распространение электродинамические и пьезоэлектрические датчики, электрические сигналы, на выходах которых пропорциональны скорости вибрации и вибрационному ускорению соответственно. Чтобы точность измерения вибраций была удовлетворительной, масса датчика не должна превышать 5% от массы измеряемого объекта.

4.4. Методы измерения уровня шума и вибрации

электрических машин

Методы измерения уровня шума и вибрации при промышленных испытаниях установлены (кроме нестационарных процессов – пуск, реверс, торможение и др.) ГОСТ 11929 –87 и ГОСТ

12379 – 75.

По уровню шума электрические машины разделены на четыре класса. К классу 1 относят машины, к которым не предъявляются требования по ограничению уровня шума, а также машины,

разработанные до 1985 г. и доработка которых до класса 2

нецелесообразна; к классу 2 – машины экспортного исполнения и вновь разрабатываемые машины, к классу 3 – малошумные машины с

малошумными подшипниками качения и глушителями

вентиляционного шума, к классу 4 – особо малошумные машины, в

которых дополнительно предусмотрены пониженное использование активных материалов и установка звукоизолирующего кожуха.

Предельные значения уровней шума машин классов 2, 3, 4 должны быть ниже уровней шума машин класса 1 на 5, 10 и 15 дБ соответственно.

При проведении контрольных испытаний помещение считается пригодным для измерений шума по методу свободного поля, если средний уровень звука увеличивается не менее чем на 5 дБ при двукратном уменьшении расстояния от центра источника до точек измерения шума или средний уровень звука уменьшается не менее чем на 4 дБ при увеличении указанного расстояния в два раза. В

идеальном свободном поле без затухания изменение среднего уровня