电磁噪声产生的机理和规避

知识点：电磁噪声

一次偶然的试验，现场验收电机的客户提出了质疑。起因是某型电机噪声试验结果符合产品技术条件，但因有刺耳的电磁噪声，客户表示不能接受。当现场测试人员辩解测试值并未超标时，客户回了一句：我只相信自己的耳朵。

类似的电磁噪声问题Ms.参多年前遭遇过N次。为体验感受如何，Ms.参曾试图在发出尖锐电磁声的电机附近多待会儿，坚持不到15分钟，就有一种晕船的感觉想吐。

当时电机的电磁噪声大家都未当回事，天然的认为是电机的固有特性没办法消除，况且不会对使用有任何影响。现如今大家都很关注环保，噪声无疑是客户关注的焦点，自然是不能容忍或接受的。针对上述情况Ms.参谈谈电磁噪声是怎样产生的，为有效遏制电磁噪声提供理论依据。

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笼型感应电机的电磁噪声

电磁噪声主要是电机中周期变化的径向电磁力或不平衡的磁拉力使铁心发生磁致伸缩和振动所引起。电磁噪声还和定子、转子本身的振动特性有关。

当激振力和固有频率共振时，即使电磁力很小也会产生很大的噪声。

各种电机都存在电磁噪声问题，但以感应电机的电磁噪声最具重要性，其频率通常分布在700～4000Hz范围内，这个范围内耳朵具有很高的灵敏度，因而会引起强烈的噪声感觉。

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磁场力波激发的电磁噪声

若有两个谐波磁场次数分别为ν_a、μ_a，则它们会引起两个旋转力波，阶次分别为ν_a+μ_a和ν_a-μ_a。低阶力波是电机电磁噪声的主要原因，因为力波次数越低，它引起的铁芯弯曲变形相邻两支点间距离越长，铁芯对应的刚度越差，变形、振动也就越大。

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磁场径向力与噪声辐射

气隙中任一磁场都可表达为正弦分布的旋转磁场形成，这些磁场相互作用产生的径向力可表示为

f_γ=F_γCOS(γθ-ωt-φ_f) ..................（1）

式中 F_γ——径向力波幅值

        γ——力波次数(即力波极对数)

        θ——声波传播方向与围绕声源假想封闭曲面面积元正法线之间的夹角

        ω——力波角频率

        φ_f——力波的空间相位

式（1）表示的正弦分布的旋转力波沿气隙圆周以角速度ω/γ旋转，气隙圆周上任一点的径向力随时间变化的频率为f=ω/2π。

由基波磁场产生的径向力

基波(p极对)磁密幅值即气隙磁密B_δ,产生的径向力波阶次γ=2p,即力波次数为4p，力波频率f=2f₁，力波幅值F_γ=B_δ²/4μ₀，在铁芯单位向长度上，气隙圆周一个“力极”内作用的径向力平均值为

F_γa=2/π·F_γ·πDi1/4p..................（2）

式(2)中 Di1——定子铁心内径

定、转子谐波磁场相互作用产生径向力

设各个力波叠加后合成的幅值为F_γs，则在铁芯单位向长度上，气隙圆周一个力极下作用的径向力平均值为

F_γa=2/π·F_γs·πDi1/2γ= F_γs·Di1/γ..................（3）

径向力引起的振动

交变的径向力波作用于定、转子铁心，引起铁心随时间的周期性变形，即发生振动，振动频率是径向力波的频率。转子铁心刚性较好，其变形可以忽略；定子铁心因呈薄壁环状，刚性较差，其振动是引起电磁噪声的主要原因。

噪声辐射

受电磁力作用产生的振动，由电动机传播到其周围空间，引起空气中质点的振动而产生声波。当声波的频率在20Hz～20kHz之间时，就能被人耳感觉，这就是电磁噪声。

对于辐射面尺寸远大于所辐射的声波波长的大型电动机，可近似认为声波从无限大平面沿其法线方向辐射，即平面辐射；长径比等于1的短电动机，近似地认为辐射面为球面，声波作球辐射；长径比大于1的中小型电动机，则近似地认为辐射面为圆柱面，声波作圆柱辐射。

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