籠型三相異步電動機噪聲故障簡析
2023-07-11陳金剛
摘 要：主要講述籠型三相異步電動機的噪聲測量和噪聲限值，對電機空載和負載運行時引起的噪聲故障進行分析。重點闡述籠型三相異步電動機空載運行時，機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：三相異步電動機；軸承噪聲；機械配合噪聲；電磁噪聲；動態(tài)機械性能
0 引言
電機作為機械設(shè)備的一種主要動力源，特別是籠型三相異步電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，運行可靠，得到各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用。電機制造，設(shè)備維護及使用人員為保障電機質(zhì)量，保證其長期安全運行，在電機試驗和運行中要對電機存在的各種故障隱患進行掌握，其中電機噪聲是電機運行過程中故障隱患直觀的表現(xiàn)形式，是電機故障的起初信號，如果處理不及時，故障就會進一步擴大，出現(xiàn)異常噪聲，進而損壞電機，影響生產(chǎn)。下面就電機噪聲試驗的方法，限值和試驗及使用中常出現(xiàn)的噪聲故障做一下分析和說明，以供參考。
1 電機噪聲的測量方法和限值
電機運行時會產(chǎn)生不同的聲音，電機大小，類別、防護安裝結(jié)構(gòu)型式、運轉(zhuǎn)速度不同，其噪聲的主要聲源也有所不同。高速運轉(zhuǎn)的電機，主要噪聲源是通風(fēng)噪聲。中速和低速運轉(zhuǎn)的電機，電磁噪聲和軸承噪聲較明顯。一般情況下要求電機運行中產(chǎn)生的噪聲在國家標(biāo)準(zhǔn)GB10069-2008“旋轉(zhuǎn)電機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?；\型三相異步電動機噪聲測量方法，根據(jù)規(guī)定，軸中心高不大于180mm的電機，用半球法測量，軸中心高大于355mm的電機，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，測量點距電機表面的垂直距離為1m。空載狀態(tài)下，A計權(quán)聲功率級，冷卻方式為IC411，IC511，IC611單速三相籠型異步電動機，按中心高規(guī)定的噪聲限值見表1，其中60HZ電機聲功率級限值，2極電機增加5dB(A)，4、6、8極電機增加3dB(A)，冷卻方式為IC01，IC11，IC21電機聲功率級限值2、4極電機增加7dB(A)，6、8極電機增加4dB(A)。電機噪聲根據(jù)其產(chǎn)生的機理不同分為機械噪聲和電磁噪聲。
表1 各中心高下不同極數(shù)電機的噪聲限值表
2 籠型電機出廠檢測時的機械噪聲故障剖析
鼠籠式三相異步電動機出廠檢測的機械噪聲故障主要包括電機運轉(zhuǎn)過程中的軸承噪聲，機械配合噪聲，相擦噪聲，通風(fēng)噪聲和振動噪聲?；\型電機出廠檢測時對噪聲的測試，一般情況下在測試電機的動態(tài)機械性能時，憑聽覺檢查電機的噪聲，進行故障判斷，以電機運轉(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，軸承噪聲會明顯增大，并伴有異常雜音，這時需找出軸承受損傷的原因或所受有害外力，進行排除，必要時更換軸承，以保證電機的良好運行。
由于軸承是電機運轉(zhuǎn)的主要機械受力部件，軸承運轉(zhuǎn)過程中軸承的滾動體、支撐架、內(nèi)外圈之間有間隙，如果軸承內(nèi)部混入雜物，會引起軸承各部件間互相碰撞，產(chǎn)生振動與噪聲。其產(chǎn)生的噪聲值與滾動體、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、振動，致使電機噪聲加大，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，防止雜物進入；軸承在裝配時，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，必須對軸承施加適當(dāng)?shù)膲毫Γǔ＿x用波形彈簧墊圈或三點式彈性墊圈，放在軸伸端為宜；對噪聲要求特別嚴(yán)的電機，宜選用低噪聲軸承；當(dāng)負載不太大時，可采用含油滑動軸承，它比同尺寸的滾動軸承的噪聲低。
2.2 機械配合噪聲
電機運轉(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偏心，存在應(yīng)力，造成電機定轉(zhuǎn)子氣隙不均，這時的聲音是連續(xù)的，處理時可敲擊端蓋消除應(yīng)力或?qū)⒍松w調(diào)換角度重新緊固；若在啟動或停機出現(xiàn)斷續(xù)的“嗡嗡”聲，可能是跑套，因為轉(zhuǎn)速低時滾動摩擦力相對?一些，軸承的滾動體在內(nèi)、外環(huán)滾道中轉(zhuǎn)動時，帶動外環(huán)或內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn)的力相對較大，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，就會產(chǎn)生斷續(xù)的摩擦聲。這時往往會伴隨斷續(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，隨運轉(zhuǎn)時間的加長，溫度升高，摩擦聲將趨向明顯，此時應(yīng)卸下外小蓋，車小蓋內(nèi)接觸面，進行修理。
2.3相擦噪聲
電機裸機測試時的相擦噪聲分為實擦和虛擦，實擦是電機定子鐵芯和轉(zhuǎn)子相互摩擦，俗稱“掃鏜”，掃鏜會造成電機局部發(fā)熱，長時間運轉(zhuǎn)易造成電機局部匝間而燒壞，對電機的危害大。引起電機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)掃鏜的面積進行局部挫平或在車床上車平。虛擦是電機繞組的絕緣紙，槽契或綁扎帶與轉(zhuǎn)子相擦，電機端部絕緣裁剪不齊，綁扎帶接頭部分太長，浸漆后翹起在電機定子端部內(nèi)側(cè)，電機個別槽契歪斜，都可能造成電機虛擦。對出現(xiàn)虛擦的電機，一般拆開電機進行修剪，挫平。
2.4 通風(fēng)噪聲
電機的通風(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)扇造成空氣的流動產(chǎn)生的噪聲。流動愈快、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)。高速電機的風(fēng)扇噪聲在電機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：對散熱良好或溫升不高的電機盡量取消風(fēng)扇，消除噪聲源；對外風(fēng)扇，在設(shè)計時盡量不留通風(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 振動噪聲
電機振動明顯時會產(chǎn)生噪聲，尤其是共振，處理這類問題需通過解決好振動問題消除。電機振動的原因，可以從三個方向的振動值簡單判斷，水平振動大，轉(zhuǎn)子平衡度差；垂直振動大，安裝找正不到位；軸向振動大，軸承裝配質(zhì)量欠佳。4極以上多極數(shù)電機一般不會因為電機制造質(zhì)量問題引起振動噪聲，振動噪聲常見于2極電機。
3 籠型電機出廠檢測時的電磁噪聲故障剖析
電磁噪聲為電機定轉(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。當(dāng)徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時，就會引起共振，使振動與噪聲增強，危及電機的安全。對有些電機由于技術(shù)工藝的限制，允許有一定的電磁噪聲，但不允許超過電機本身的噪聲限值。同時注意有電磁噪聲的電機是否存在定轉(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)子斜一個定子槽距時，其齒諧波所產(chǎn)生的徑向力要比直槽時小得多。
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，或磁路的不對稱，將引起磁通分配的不對稱，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，我們在設(shè)計或加工時，定、轉(zhuǎn)子圓度一定要達要求，磁路要對稱、均勻分布。在電機裝配中，應(yīng)校驗定、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
籠型單速電機電磁噪聲主要產(chǎn)生在6，8，10，12，16，24極等低轉(zhuǎn)速電機中；多速電機多產(chǎn)生在電機的低速檔，象雙速4/6極電機的6極，4/8和6/8極電機的8極，三速4/6/24極電機的24極，4/8/32極電機的32極；變頻電機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?，在考慮材料利用率時，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，斜一個定子槽距；定、轉(zhuǎn)子磁路對稱均勻，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 籠型電機負載運行時的噪聲故障剖析
籠型三相異步電動機在投入運行時，如果電機經(jīng)長途運輸或環(huán)境溫度較低時，試運行開始時通常會有明顯的軸承異響，電機運轉(zhuǎn)一段時間（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進行反轉(zhuǎn)運行，這是因為電機在長途運輸過程中由于顛簸，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），運行時油脂潤滑不充分造成。電機運行一段時間后出現(xiàn)的軸承噪聲，須用金屬棒或螺絲刀放在軸承外蓋處仔細聽，如果軸承運行時的聲音均勻，加油可解決，如果軸承運行中有明顯的“咯噔”聲，須更換軸承，同時檢查軸承室的圓柱度。因為鑄鐵或鋼板的端蓋在制造過程中均會產(chǎn)生應(yīng)力，電機運行一段時間后，隨著應(yīng)力的釋放，軸承室會變形，圓柱度可能會超差，現(xiàn)場檢查軸承室是否變形的好方法是用舊軸承?幾個角度回裝。
電機長時間使用后，電機質(zhì)量存在缺陷或過載運行，電機的噪聲也會比正常時大；電動機開關(guān)或接觸器觸頭一相未接通，缺相運行時，噪聲會特別大，此時可斷電再合閘，看電機是否能正常啟動，如果不能啟動，則可能是電機缺相造成；籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂時，有時高時低的“嗡嗡”聲，轉(zhuǎn)速變慢，電流增大，這種情況下需對籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條進行檢查、處理；定子繞組首末端接線錯誤，電機會有低沉發(fā)悶的噪聲，同時轉(zhuǎn)速下降，校正定子繞組首末端接線后，電機可恢復(fù)正常；定子槽楔松動或斷裂，能夠聽到“咝咝”的聲音，應(yīng)更換松動、斷裂的定子槽楔。
5 總結(jié)
電機噪聲作為電機動態(tài)機械性能的一項重要指標(biāo)，是電機型式試驗必測項目，出廠試驗對于成批生產(chǎn)的電機通過人為感知進行判斷，并定期抽檢，用噪聲儀表進行測試。對噪聲要求較高設(shè)備配套的電機，出廠試驗時用噪聲儀表進行全檢。在使用過程中，對噪聲突然異常的電機，通常先進行區(qū)分是機械原因還是電磁原因造成，然后進行處理，排除故障。
（來源：電機技術(shù)）