籠型三相異步電動(dòng)機(jī)噪聲故障簡析
2023-07-11陳金剛
摘 要：主要講述籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的噪聲測量和噪聲限值，對(duì)電機(jī)空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)引起的噪聲故障進(jìn)行分析。重點(diǎn)闡述籠型三相異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，機(jī)械和電磁兩方面的噪聲故障隱患表現(xiàn)和修理預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)；軸承噪聲；機(jī)械配合噪聲；電磁噪聲；動(dòng)態(tài)機(jī)械性能
0 引言
電機(jī)作為機(jī)械設(shè)備的一種主要?jiǎng)恿υ矗貏e是籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，得到各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用。電機(jī)制造，設(shè)備維護(hù)及使用人員為保障電機(jī)質(zhì)量，保證其長期安全運(yùn)行，在電機(jī)試驗(yàn)和運(yùn)行中要對(duì)電機(jī)存在的各種故障隱患進(jìn)行掌握，其中電機(jī)噪聲是電機(jī)運(yùn)行過程中故障隱患直觀的表現(xiàn)形式，是電機(jī)故障的起初信號(hào)，如果處理不及時(shí)，故障就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，出現(xiàn)異常噪聲，進(jìn)而損壞電機(jī)，影響生產(chǎn)。下面就電機(jī)噪聲試驗(yàn)的方法，限值和試驗(yàn)及使用中常出現(xiàn)的噪聲故障做一下分析和說明，以供參考。
1 電機(jī)噪聲的測量方法和限值
電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的聲音，電機(jī)大小，類別、防護(hù)安裝結(jié)構(gòu)型式、運(yùn)轉(zhuǎn)速度不同，其噪聲的主要聲源也有所不同。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，主要噪聲源是通風(fēng)噪聲。中速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，電磁噪聲和軸承噪聲較明顯。一般情況下要求電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲在國家標(biāo)準(zhǔn)GB10069-2008“旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測定方法及限值第三部分：噪聲限值”規(guī)定的范圍之內(nèi)，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍或出現(xiàn)異常聲音均為噪聲，應(yīng)予以處理?；\型三相異步電動(dòng)機(jī)噪聲測量方法，根據(jù)規(guī)定，軸中心高不大于180mm的電機(jī)，用半球法測量，軸中心高大于355mm的電機(jī)，用平行六面體法測試，中心高在此之間的任選一種方法均可，測量點(diǎn)距電機(jī)表面的垂直距離為1m。空載狀態(tài)下，A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)，冷卻方式為IC411，IC511，IC611單速三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，按中心高規(guī)定的噪聲限值見表1，其中60HZ電機(jī)聲功率級(jí)限值，2極電機(jī)增加5dB(A)，4、6、8極電機(jī)增加3dB(A)，冷卻方式為IC01，IC11，IC21電機(jī)聲功率級(jí)限值2、4極電機(jī)增加7dB(A)，6、8極電機(jī)增加4dB(A)。電機(jī)噪聲根據(jù)其產(chǎn)生的機(jī)理不同分為機(jī)械噪聲和電磁噪聲。
表1 各中心高下不同極數(shù)電機(jī)的噪聲限值表
2 籠型電機(jī)出廠檢測時(shí)的機(jī)械噪聲故障剖析
鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)出廠檢測的機(jī)械噪聲故障主要包括電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的軸承噪聲，機(jī)械配合噪聲，相擦噪聲，通風(fēng)噪聲和振動(dòng)噪聲?；\型電機(jī)出廠檢測時(shí)對(duì)噪聲的測試，一般情況下在測試電機(jī)的動(dòng)態(tài)機(jī)械性能時(shí)，憑聽覺檢查電機(jī)的噪聲，進(jìn)行故障判斷，以電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，聲音輕快均勻，無有害雜音為準(zhǔn)。
2.1 軸承噪聲
電機(jī)在裝配過程中，如果軸承受到損傷或軸承裝配完后受到不應(yīng)有的外力，軸承噪聲會(huì)明顯增大，并伴有異常雜音，這時(shí)需找出軸承受損傷的原因或所受有害外力，進(jìn)行排除，必要時(shí)更換軸承，以保證電機(jī)的良好運(yùn)行。
由于軸承是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要機(jī)械受力部件，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸承的滾動(dòng)體、支撐架、內(nèi)外圈之間有間隙，如果軸承內(nèi)部混入雜物，會(huì)引起軸承各部件間互相碰撞，產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。其產(chǎn)生的噪聲值與滾動(dòng)體、內(nèi)外圈溝槽的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差有關(guān)。采用精密軸承可降低軸承噪聲，但有時(shí)使用精密軸承后，噪聲反而增加，原因可能是軸與軸承內(nèi)圈的配合過緊，使精密軸承的內(nèi)圈變形大于普通軸承的變形量，因而產(chǎn)生跳動(dòng)、振動(dòng)，致使電機(jī)噪聲加大，溫升上升。所以軸承與軸承室、軸的尺寸公差是控制軸承噪聲的重要因素。
降低軸承噪聲通常采取下列方法：采用密封軸承，防止雜物進(jìn)入；軸承在裝配時(shí)，保證嚴(yán)格的退磁清選工序，洗去油污與鐵屑，清洗后的軸承比清洗前的軸承噪聲低；潤滑脂保證清潔干凈，不能含有任何鐵屑、灰塵和雜質(zhì)；軸承外圈與軸承室的配合、內(nèi)圈與軸的配合，一般不宜太緊，軸承外圈與軸承室的配合，其徑向間隙宜在3～9μm的范圍內(nèi)；為消除轉(zhuǎn)子的軸向間隙，必須對(duì)軸承施加適當(dāng)?shù)膲毫Γǔ＿x用波形彈簧墊圈或三點(diǎn)式彈性墊圈，放在軸伸端為宜；對(duì)噪聲要求特別嚴(yán)的電機(jī)，宜選用低噪聲軸承；當(dāng)負(fù)載不太大時(shí)，可采用含油滑動(dòng)軸承，它比同尺寸的滾動(dòng)軸承的噪聲低。
2.2 機(jī)械配合噪聲
電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中若發(fā)出低頻的“嗡嗡”聲，一般因端蓋加工或安裝時(shí)偏心，存在應(yīng)力，造成電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙不均，這時(shí)的聲音是連續(xù)的，處理時(shí)可敲擊端蓋消除應(yīng)力或?qū)⒍松w調(diào)換角度重新緊固；若在啟動(dòng)或停機(jī)出現(xiàn)斷續(xù)的“嗡嗡”聲，可能是跑套，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低時(shí)滾動(dòng)摩擦力相對(duì)?一些，軸承的滾動(dòng)體在內(nèi)、外環(huán)滾道中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)外環(huán)或內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn)的力相對(duì)較大，如軸承室尺寸偏大，或軸頸尺寸偏小，外環(huán)或內(nèi)環(huán)可能轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生斷續(xù)的摩擦聲。這時(shí)往往會(huì)伴隨斷續(xù)的振?；若發(fā)生高頻響聲，可能是軸承擋圈磨擦軸承外小蓋，隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的加長，溫度升高，摩擦聲將趨向明顯，此時(shí)應(yīng)卸下外小蓋，車小蓋內(nèi)接觸面，進(jìn)行修理。
2.3相擦噪聲
電機(jī)裸機(jī)測試時(shí)的相擦噪聲分為實(shí)擦和虛擦，實(shí)擦是電機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子相互摩擦，俗稱“掃鏜”，掃鏜會(huì)造成電機(jī)局部發(fā)熱，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)易造成電機(jī)局部匝間而燒壞，對(duì)電機(jī)的危害大。引起電機(jī)掃鏜的主要原因是定子疊壓不齊或定子壓裝過程中局部變形造成，處理這種問題應(yīng)根據(jù)掃鏜的面積進(jìn)行局部挫平或在車床上車平。虛擦是電機(jī)繞組的絕緣紙，槽契或綁扎帶與轉(zhuǎn)子相擦，電機(jī)端部絕緣裁剪不齊，綁扎帶接頭部分太長，浸漆后翹起在電機(jī)定子端部內(nèi)側(cè)，電機(jī)個(gè)別槽契歪斜，都可能造成電機(jī)虛擦。對(duì)出現(xiàn)虛擦的電機(jī)，一般拆開電機(jī)進(jìn)行修剪，挫平。
2.4 通風(fēng)噪聲
電機(jī)的通風(fēng)噪聲是由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子及隨軸一起旋轉(zhuǎn)的冷卻風(fēng)扇造成空氣的流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。流動(dòng)愈快、變化愈劇烈，則噪聲越大。通風(fēng)噪聲與轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子的形狀、粗糙度、不平衡量及氣流的風(fēng)道截面的變化和風(fēng)道形狀有關(guān)。高速電機(jī)的風(fēng)扇噪聲在電機(jī)的噪聲中往往占主要地位。
降低通風(fēng)噪聲的主要措施如下：對(duì)散熱良好或溫升不高的電機(jī)盡量取消風(fēng)扇，消除噪聲源；對(duì)外風(fēng)扇，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量不留通風(fēng)裕量，優(yōu)先采用軸流式風(fēng)扇；外風(fēng)扇與轉(zhuǎn)軸的聯(lián)接不用鍵聯(lián)接，而采用滾花直紋工藝；外風(fēng)扇應(yīng)厚薄均勻、無扭曲變形、間距均勻，且應(yīng)校動(dòng)平衡；風(fēng)道中盡量減少障礙物，有專用風(fēng)道的宜采用流線形風(fēng)道，風(fēng)道的截面變化不要突變；轉(zhuǎn)子的表面應(yīng)盡量光滑。
2.5 振動(dòng)噪聲
電機(jī)振動(dòng)明顯時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，尤其是共振，處理這類問題需通過解決好振動(dòng)問題消除。電機(jī)振動(dòng)的原因，可以從三個(gè)方向的振動(dòng)值簡單判斷，水平振動(dòng)大，轉(zhuǎn)子平衡度差；垂直振動(dòng)大，安裝找正不到位；軸向振動(dòng)大，軸承裝配質(zhì)量欠佳。4極以上多極數(shù)電機(jī)一般不會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)制造質(zhì)量問題引起振動(dòng)噪聲，振動(dòng)噪聲常見于2極電機(jī)。
3 籠型電機(jī)出廠檢測時(shí)的電磁噪聲故障剖析
電磁噪聲為電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙不均造成的一種渦流聲，主要是由氣隙磁場作用于定子鐵芯的徑向分量所產(chǎn)生的。通過磁軛向外傳播，使定子鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)變形。其次是氣隙磁場的切向分量，它與電磁轉(zhuǎn)矩相反，使鐵芯齒部變形振動(dòng)。當(dāng)徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時(shí)，就會(huì)引起共振，使振動(dòng)與噪聲增強(qiáng)，危及電機(jī)的安全。對(duì)有些電機(jī)由于技術(shù)工藝的限制，允許有一定的電磁噪聲，但不允許超過電機(jī)本身的噪聲限值。同時(shí)注意有電磁噪聲的電機(jī)是否存在定轉(zhuǎn)子相擦的現(xiàn)象發(fā)生。
3.1 齒諧波產(chǎn)生的電磁噪聲
由一階齒諧波所產(chǎn)生的力波由于定子或轉(zhuǎn)子上齒槽的影響，磁導(dǎo)將產(chǎn)生周期性變化，由此引起氣隙磁密的大小周期性變化，從而產(chǎn)生齒諧波。齒諧波所引起的振動(dòng)與噪聲可采用斜槽的方法，將其削弱。一般情況下，轉(zhuǎn)子斜一個(gè)定子槽距時(shí)，其齒諧波所產(chǎn)生的徑向力要比直槽時(shí)小得多。
3.2 單邊磁拉力產(chǎn)生的電磁噪聲
單邊磁拉力所產(chǎn)生的力波由于定、轉(zhuǎn)子的偏心，或磁路的不對(duì)稱，將引起磁通分配的不對(duì)稱，出現(xiàn)一邊受力大、一邊受力小的現(xiàn)象，它隨著轉(zhuǎn)速而周期性地變化。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)或加工時(shí)，定、轉(zhuǎn)子圓度一定要達(dá)要求，磁路要對(duì)稱、均勻分布。在電機(jī)裝配中，應(yīng)校驗(yàn)定、轉(zhuǎn)子的同軸度，使之在精度要求范圍內(nèi)。此種情況下，通常通過更換轉(zhuǎn)子或端蓋，調(diào)整定轉(zhuǎn)子同軸度來降低電磁噪聲。
3.3 易產(chǎn)生電磁噪聲的籠型電機(jī)
籠型單速電機(jī)電磁噪聲主要產(chǎn)生在6，8，10，12，16，24極等低轉(zhuǎn)速電機(jī)中；多速電機(jī)多產(chǎn)生在電機(jī)的低速檔，象雙速4/6極電機(jī)的6極，4/8和6/8極電機(jī)的8極，三速4/6/24極電機(jī)的24極，4/8/32極電機(jī)的32極；變頻電機(jī)易在低頻段或高頻段產(chǎn)生電磁噪聲。
3.4 降低電磁噪聲的方法
綜上所述，根據(jù)產(chǎn)生電磁噪聲的原因，可采用不同的方法降低電磁噪聲。采用正弦繞組，減少諧波成份；選擇適當(dāng)?shù)臍庀洞琶埽诳紤]材料利用率時(shí)，磁通密度不應(yīng)太高；選擇合適的槽配合，避免出現(xiàn)低次力波；采用轉(zhuǎn)子斜槽，斜一個(gè)定子槽距；定、轉(zhuǎn)子磁路對(duì)稱均勻，迭壓緊密；定、轉(zhuǎn)子加工與裝配，應(yīng)注意它們的圓度與同軸度；注意避開它們的共振頻率。
4 籠型電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的噪聲故障剖析
籠型三相異步電動(dòng)機(jī)在投入運(yùn)行時(shí)，如果電機(jī)經(jīng)長途運(yùn)輸或環(huán)境溫度較低時(shí)，試運(yùn)行開始時(shí)通常會(huì)有明顯的軸承異響，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間（3~5分鐘）噪聲一般可消失，若仍有噪聲可通過加潤滑脂或?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行，這是因?yàn)殡姍C(jī)在長途運(yùn)輸過程中由于顛簸，造成潤滑脂在軸承部位分布不均或環(huán)境溫度低（零攝氏度以下），運(yùn)行時(shí)油脂潤滑不充分造成。電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)的軸承噪聲，須用金屬棒或螺絲刀放在軸承外蓋處仔細(xì)聽，如果軸承運(yùn)行時(shí)的聲音均勻，加油可解決，如果軸承運(yùn)行中有明顯的“咯噔”聲，須更換軸承，同時(shí)檢查軸承室的圓柱度。因?yàn)殍T鐵或鋼板的端蓋在制造過程中均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著應(yīng)力的釋放，軸承室會(huì)變形，圓柱度可能會(huì)超差，現(xiàn)場檢查軸承室是否變形的好方法是用舊軸承?幾個(gè)角度回裝。
電機(jī)長時(shí)間使用后，電機(jī)質(zhì)量存在缺陷或過載運(yùn)行，電機(jī)的噪聲也會(huì)比正常時(shí)大；電動(dòng)機(jī)開關(guān)或接觸器觸頭一相未接通，缺相運(yùn)行時(shí)，噪聲會(huì)特別大，此時(shí)可斷電再合閘，看電機(jī)是否能正常啟動(dòng)，如果不能啟動(dòng)，則可能是電機(jī)缺相造成；籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂時(shí)，有時(shí)高時(shí)低的“嗡嗡”聲，轉(zhuǎn)速變慢，電流增大，這種情況下需對(duì)籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條進(jìn)行檢查、處理；定子繞組首末端接線錯(cuò)誤，電機(jī)會(huì)有低沉發(fā)悶的噪聲，同時(shí)轉(zhuǎn)速下降，校正定子繞組首末端接線后，電機(jī)可恢復(fù)正常；定子槽楔松動(dòng)或斷裂，能夠聽到“咝咝”的聲音，應(yīng)更換松動(dòng)、斷裂的定子槽楔。
5 總結(jié)
電機(jī)噪聲作為電機(jī)動(dòng)態(tài)機(jī)械性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是電機(jī)型式試驗(yàn)必測項(xiàng)目，出廠試驗(yàn)對(duì)于成批生產(chǎn)的電機(jī)通過人為感知進(jìn)行判斷，并定期抽檢，用噪聲儀表進(jìn)行測試。對(duì)噪聲要求較高設(shè)備配套的電機(jī)，出廠試驗(yàn)時(shí)用噪聲儀表進(jìn)行全檢。在使用過程中，對(duì)噪聲突然異常的電機(jī)，通常先進(jìn)行區(qū)分是機(jī)械原因還是電磁原因造成，然后進(jìn)行處理，排除故障。
（來源：電機(jī)技術(shù)）
