Elektromagnetni šum u motorima: definicija, karakteristike i uzroci

Elektromagnetni šum u motorimaje čest problem tokom rada motora. Nastaje od talasa elektromagnetne sile generisane naizmeničnim magnetnim poljem u vazdušnom prostoru između statora i rotora, kao i magnetostriktivnog efekta gvozdenog jezgra, koje izaziva vibracije gvozdenog jezgra statora i okvira i dalje zrači buku. Za razliku od mehaničke i aerodinamičke buke, elektromagnetna buka ima složene uzroke i narušava radne performanse motora. -Duboko razumijevanje njegove definicije, karakteristika i korijenskih uzroka služi kao osnovni preduvjet za optimizaciju performansi motora i smanjenje buke. Konkretno, odnosi se na zračnu buku koja se emituje prema van kada periodični talasi elektromagnetne sile proizvedeni izmjeničnim magnetnim poljem u zračnom zazoru rotora statora -pokreću prisilnu vibraciju jezgre statora i okvira, zajedno sa šumom vibracije izazvanom magnetostriktivnim efektom željeznog jezgra.

Elektromagnetni šum u motorimamože se jasno razlikovati od mehaničke i aerodinamičke buke putem sljedećih tipičnih karakteristika:

Nakon što se motor isključi, rotor nastavlja da se okreće zbog inercije, ali buka nestaje trenutno i potpuno. Ovo je najjednostavniji način razlikovanja elektromagnetne buke od drugih vrsta buke. U praktičnim testovima, brzina motora prije nestanka struje mora biti veća od brzine pri kojoj se sumnja na elektromagnetnu buku. S obzirom da brzina rotacije brzo opada nakon isključenja napajanja (posebno za motore s trajnim magnetima), potrebna je relativno visoka brzina isključivanja kako bi se osiguralo da opseg radne brzine nakon -isključenja napajanja pokriva opseg brzine u kojem se pojavljuje elektromagnetna buka.

Nisko-elektromagnetni šum obično se predstavlja kao tupi rezonantni šum koji je uglavnom uzrokovan harmonicima magnetskog polja niskog{1}}reda; visoko-elektromagnetni šum se manifestuje kao oštro zviždanje ili škripanje, koji prvenstveno proizilazi iz PWM modulacionih harmonika, harmonika utora i magnetnih harmonika visokog{3}}reda.

Rezonancija će se desiti kada se frekvencija pobude talasa elektromagnetne sile poklapa sa frekvencijom prirodne vibracije jezgre statora i okvira ili je aproksimirana, što dovodi do eksponencijalnog porasta nivoa buke i rezultuje oštrom abnormalnom bukom.

Mehanizam formiranja elektromagnetne buke prati lanac: izobličenje magnetnog polja vazdušnog -prozora → naizmenični talasi elektromagnetne sile → prinudne strukturne vibracije → zračenje buke, sa izobličenjem magnetnog polja vazdušnog -a kao osnovni uzrok.

1. Radijalne elektromagnetne fluktuacije izazvane izobličenjem magnetnog polja u vazdušnom{1}}okrugu

Vazdušni razmak između statora i rotora je medij za jezgro za prijenos magnetnog polja unutar motora. U idealnim uslovima, magnetno polje vazdušnog{1}}magnetnog polja prati standardni sinusni oblik sa ravnomerno raspoređenim i simetričnim elektromagnetnim silama bez periodičnih fluktuacija, čime se ne stvaraju vibracije ili šum. U praktičnim inženjerskim aplikacijama, međutim, različita odstupanja u dizajnu i proizvodnji kao što su -podudaranje utora, ekscentricitet-statora, asimetrična magnetna kola i neuravnotežene fazne struje će izobličiti magnetsko polje i generirati brojna harmonijska magnetska polja. Kada se superponiraju na osnovno magnetsko polje, ova harmonijska polja proizvode radijalne valove elektromagnetne sile različitog reda i frekvencije. Djelujući kao periodična naizmjenična opterećenja na zupce statora i željezno jezgro, radijalne sile se kontinuirano rastežu i stišću strukturu statora kako bi izazvale visoko{7}}vibraciju statora. Energija vibracija se prenosi na okvir motora, uzburkava okolni zrak i na kraju stvara elektromagnetnu buku. Ovaj glavni mehanizam čini više od 80% ukupne energije elektromagnetnog šuma.

2. Harmonična pobuda utora uzrokovana efektom prorezivanja

Prorezi koji su obrađeni na statoru i rotoru razbijaju ujednačenost magnetnih kola u vazdušnom zazoru i pokreću harmonijska magnetna polja utora. Otvori proreza statora i rotora dovode do periodičnih fluktuacija gustine magnetnog fluksa zračnog{1}}zazora, stvarajući harmonijske elektromagnetne sile proreza sa fiksnim redoslijedom i stabilnim amplitudama. Takve harmonijske sile odlikuju se fiksnim frekvencijama i jakim pobuđivačkim kapacitetom, koji predstavljaju vodeći uzrok visokofrekventnog elektromagnetnog zviždanja u malim i srednjim-motorima s trajnim magnetima i indukcionim motorima. Naročito kada su brojevi utora statora i rotora nerazumno usklađeni, amplituda harmonijskih sila utora naglo se povećava, što lako rezonira sa strukturom statora i pogoršava defekte buke. Stoga je usklađivanje utora-rotora kritičan parametar u dizajnu motora. To se mora potvrditi u početnoj fazi projektovanja, jer će modifikacije u kasnijoj fazi biti izuzetno teške.

3. Magnetostriktivni efekat i interferencija od kontrolnih harmonika

S jedne strane, silikonski čelični limovi gvozdenog jezgra motora prolaze kroz periodično sićušno širenje i deformaciju kontrakcije pod naizmeničnim magnetnim poljima, poznatim kao magnetostriktivni efekat. Ovakve-mikro-deformacije visoke frekvencije pokreću ukupne vibracije gvozdenog jezgra i proizvode niskofrekventno elektromagnetno brujanje, što je posebno izraženo kod motora velike{4}}snage sa velikim gvozdenim jezgrom-. S druge strane, motori s promjenjivom{7}}podesivom frekvencijom-brzine napajaju se frekventnim pretvaračima koji usvajaju PWM modulaciju. Pulsna modulacija kvadratnog-talasa uvodi obilje visoko-napona i strujnih harmonika visoke frekvencije, koji dodatno iskrivljuju magnetsko polje zračnog-magnetskog polja, generiraju visoko-valove elektromagnetne sile visoke{13}}i uzrokuju jedinstveni-visokofrekventni zviždajući šum motora5} promjenjive frekvencije. Osim toga, ekscentricitet zračnog{17}}otvora, asimetrična distribucija namotaja, greške skretanja namotaja, nedosljedna magnetna permeabilnost limova od silikonskog čelika i drugi defekti će pogoršati izobličenje magnetnog polja i indirektno pojačati elektromagnetnu buku.

Suštinaelektromagnetna buka u motorimasmanjenje leži u harmonijskoj optimizaciji, među kojima su slot harmonici glavni prioritet. Ostale vrste harmonika relativno je lakše optimizirati i vrše manji utjecaj na elektromagnetnu buku. Ključni faktori koji utiču na harmonike utora uključuju -podudaranje utora, širinu otvora utora i dubinu otvora proreza, koji će biti sveobuhvatno procijenjeni zajedno sa drugim indikatorima performansi motora tokom projektovanja.