摘要  本文對商用空調(diào)機室內(nèi)柜機產(chǎn)生的2f_o噪聲進行了詳細地分析和論證；找到了產(chǎn)生噪聲的真實原因，提出了解決問題的有效辦法，得到了用戶的充分驗證；也為家用和商用空調(diào)機室內(nèi)柜機降低電機電磁噪聲提供了一種思路和方法。

關(guān)鍵詞  交流異步電機  電磁噪聲  空調(diào)機室內(nèi)柜機 

 

 

 

    噪聲已同水污染、大氣污染一起并列為當(dāng)今世界的三大公害，控制噪聲已是環(huán)境保護的重要內(nèi)容。在人們的日常生活中，噪聲來源名目繁多，其中家用電器的工作噪聲隨著家電的快速普及，目前已成為主要環(huán)境噪聲之一（如家用空調(diào)機、電冰箱等的噪聲已在嚴重影響著人們的正常休息和工作）。如何控制和削弱噪聲，是噪聲研究工作者的重要任務(wù)。本文通過某中外合資空調(diào)機公司商用空調(diào)機室內(nèi)柜機2f_o噪聲的產(chǎn)生原因分析、對策措施到位、噪聲最終受控的過程中可以充分看到，噪聲并不可怕是完全可以削弱和控制的。

 

    某中外合資空調(diào)機公司的商用空調(diào)機是非常著名的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，受到了國內(nèi)外廣大消費者的認可和親睞。曾經(jīng)一度時間，該公司的主打產(chǎn)品：3P/5P商用空調(diào)機的室內(nèi)柜機由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)改動產(chǎn)生了較大的電機噪聲，公司在無法保證噪聲指標(biāo)的情況下，下令停止空調(diào)機的生產(chǎn)和銷售，成千上萬臺空調(diào)機以及供應(yīng)商的電機被滯留在倉庫里。當(dāng)時正值高溫季節(jié)，是空調(diào)機銷售旺季，這可急壞了該公司中日雙方的高層領(lǐng)導(dǎo)。經(jīng)中日雙方技術(shù)人員在超靜消音室對空調(diào)機電機噪聲的頻譜特性測量表明，在f=100Hz（f=2f_o；f_o =50Hz，為電網(wǎng)頻率）頻率點噪聲分貝值遠遠高于其他點（見圖1），由此產(chǎn)生了煩人的“嗡嗡聲”。為此該空調(diào)機公司組織國內(nèi)三家電機供貨單位（其中一家日資企業(yè)，一家為海爾集團下屬企業(yè)）進行問題分析與噪聲攻關(guān)。通過對柜機板金件（即電機安裝位置）的結(jié)構(gòu)分析和電機電磁設(shè)計、裝配精度（轉(zhuǎn)、定子同軸度）等方面的分析、研究，近一個月來均無進展。當(dāng)時筆者所在單位寧波聯(lián)合集團電器有限公司（電機主要供貨方之一），經(jīng)過周密分析、論證和實驗驗證，用最低的代價、最好的效果解決了2f_o噪聲，受到日方技術(shù)主管和中方管理層的高度稱贊，而且使空調(diào)機馬上恢復(fù)生產(chǎn)，度過了“噪聲”危機。從那時起，該空調(diào)機公司將電機供貨權(quán)全部轉(zhuǎn)到了寧波生產(chǎn)。

 

 

  

                                  圖1

    (圖2)為交流異步電機結(jié)構(gòu)示意圖。異步電機產(chǎn)生噪聲的原因主要有下列三方面：空氣動力噪聲、機械噪聲和電磁噪聲，對高速電機而言，空氣動力噪聲是主要噪聲源；中速和低速電機主要噪聲則為機械噪聲和電磁噪聲。對空調(diào)機室內(nèi)柜機的風(fēng)扇電機因其轉(zhuǎn)速一般在600～1200轉(zhuǎn)/分之間，屬中低速電機，因此主要考慮的是機械噪聲和電磁噪聲。

 

              1—機殼   2—定子繞組  3—定子鐵心  4—轉(zhuǎn)子

 圖2   

 

    機械噪聲一般是由電機零部件運行時產(chǎn)生振動發(fā)出的噪聲。主要有軸承噪聲（軸向和經(jīng)向）、轉(zhuǎn)子軸向竄動噪聲、電機外殼共振噪聲、轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的噪聲等。經(jīng)研究表明，除轉(zhuǎn)子軸向竄動噪聲和轉(zhuǎn)子不平衡噪聲外，其他機械噪聲的頻率范圍下限均在500Hz以上，不會產(chǎn)生2f_o噪聲。對轉(zhuǎn)子軸向竄動噪聲和不平衡噪聲雖然有可能在2f_o點或附近產(chǎn)生噪聲，但一般電機廠均可在電機制造過程中通過動平衡儀和振動測量儀來較好的發(fā)現(xiàn)問題并控制轉(zhuǎn)子的不平衡性和轉(zhuǎn)子軸向竄動量。

    電磁噪聲是由電機各部分之間的磁拉力引起的。電機運行時，在定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙空間中有一個氣隙磁場，它是一個旋轉(zhuǎn)的力波，其產(chǎn)生的電磁力是交變的，氣隙磁場中除了主磁通外，還有很多諧波分量。因此電磁噪聲中不但有二倍電源頻率（2f_o）的主磁通引起的噪聲，還有諧波磁通產(chǎn)生的頻率較高的噪聲。異步電機運行時，旋轉(zhuǎn)力波同時對定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使其產(chǎn)生變形和周期振動，而形成聲源。其聲波大部分由定子和其他部件輻射到周圍空間，成為“氣載噪聲”，也有部分聲波是從底部和轉(zhuǎn)子軸傳遞到基礎(chǔ)和其他部件，成為“結(jié)構(gòu)傳遞噪聲”(見圖3)。

    從電機制造層面看，定、轉(zhuǎn)子氣隙過小，氣隙不均勻，定、轉(zhuǎn)子鐵芯壓裝不緊，轉(zhuǎn)子斷條等是可以通過生產(chǎn)過程控制的。按統(tǒng)計規(guī)律，其噪聲分布是分散的，所有電機的噪聲特征不會集中在某一頻率點上。

    從電機設(shè)計層面看，根據(jù)電機設(shè)計規(guī)范要求進行設(shè)計是電機設(shè)計工作者必須遵循的工作準(zhǔn)則。當(dāng)然有時會受到使用條件的限制而不能完全按理想設(shè)計要求進行設(shè)計，如電機的經(jīng)長比，定子及機座的剛性等等。常識告訴我們，由設(shè)計不當(dāng)造成電機噪聲的故障帶有成批性。

 

                             圖3

 

    理論分析獲知，電機產(chǎn)生2f_o噪聲的可能原因有：

    1.經(jīng)向力波的頻率與鐵芯的某個固定頻率接近或相等時，就會引起“共振”效應(yīng)，這種情況下，即使經(jīng)向力波幅值并不大，也會使鐵芯變形、周期性振動和產(chǎn)生較大的電磁噪聲；

    2.定子變形后引起周圍空氣振動，從而產(chǎn)生噪聲，這時定子相當(dāng)于一個聲輻射器，因此電磁噪聲大部分是“氣載噪聲”。

    3.電磁噪聲是由氣隙中諧波磁場相互作用引起的，其強度還與定子的動態(tài)剛度、固有振動頻率和聲學(xué)特征等有關(guān)。

    考慮到該批數(shù)萬臺風(fēng)扇異步電機在噪聲產(chǎn)生特征上的一致性（均為在2f_o點分貝值很高，有明顯的“嗡嗡聲”），應(yīng)該可以排除主要不是制造上的質(zhì)量問題，這從當(dāng)時幾家電機廠動用了大量的人力、物力對該批電機的定轉(zhuǎn)子同軸度、氣隙均勻性、轉(zhuǎn)子動平衡等作出調(diào)整和改進但仍無效果看就能充分說明這一點。因此我們只能從電機的設(shè)計和安裝連接方式去思考問題，尋找問題的真正癥結(jié)。設(shè)計問題因受到實際使用條件限制而不允許有大的改動，同時這批數(shù)萬臺電機已制造成臺(浸過漆),不能通過設(shè)計改進后再行返工。

    余下的途徑只有一條，只能通過改變電機安裝方式來試圖解決2f_o噪聲。根據(jù)內(nèi)部了解到的情況，該公司可能對整個柜機的板金件、隔熱填充材料、機箱等作了較大改進，而且無法恢復(fù)原狀。

 

    傳統(tǒng)安裝方式均將電機與柜機板金件設(shè)計成柔性連接方式，電機支架通過橡膠墊與板金件的連接來隔斷噪聲(即結(jié)構(gòu)傳遞噪聲)通路，改變“共振”頻率。因此幾家電機供應(yīng)企業(yè)也在傳統(tǒng)連接方式上進行像膠件尺寸與形狀的改變試驗，但均無效果。

    從上述分析看，產(chǎn)生2f_o噪聲的主要原因是電機定子剛性不夠，在電磁力波的作用下產(chǎn)生共振；如果柜機板金件與電機柔性連接后的固有頻率與2f_o頻率相近，其共振的可能性更大。為此我們將改進的重點放到如何改變安裝方式、調(diào)整柜機的“固有頻率”上，采用了與通常柔性連接不一樣的做法，采用剛性連接。在電機后機殼的散熱孔上安排了四個金屬固定塊，同時取消防振橡膠墊，將電機支架直接與板金件固定，這樣做不但改變了系統(tǒng)的固有頻率(頻率點上移)，而且間接增加了電機定子的剛性，消除了電機定子一部分的自振。這一分析與試驗得到了極好的效果，用人耳基本聽不到電機的“嗡嗡聲”。經(jīng)與該公司中、日雙方技術(shù)人員在超靜消音室對隨機抽樣安裝的8臺室內(nèi)柜機十幾個小時的嚴密測量和頻譜分析，效果十分良好(見圖4平坦曲線)，得到了極高的評價。

 

                              圖4

 

    經(jīng)過分析與大量試驗，最后用最簡單、最低成本的方法為某中外合資空調(diào)機公司解決了2f_o噪聲的危機，挽回了數(shù)百萬元的經(jīng)濟損失，使該品牌商用空調(diào)的聲譽未受影響。綜上所述,在遇到問題和分析解決問題時要進行系統(tǒng)考慮和判斷,不能被表像所迷惑。

 

 

    1．沈正標(biāo)  電機故障診斷技術(shù)  機械工業(yè)出版社  1996.5   P.145～210

    2．楊萬青，劉建忠等  實用異步電動機設(shè)計、安裝與維修  1996.3  P.124～125