微型單相異步電動機逆序磁場的聲學效應
張世良（福建機電學校）
【摘 要】討論含有逆序磁場的徑向力波對電磁噪聲的影響。試驗表明，逆序磁場為零與不為零兩者聲學效應的規律基令相同，微型單相異步電動機的電磁噪聲與磁場橢圓度近似成正比。
【敘 詞】單相電機異步電動機／逆序磁場聲學效應電磁噪聲
1引言
微型單相異步電動機以其結構簡單、運行可靠、價格低廉、維護方便等優點而獲得廣泛應用，如各類的檢驗室、計量室、辦公室和家庭臥室等場所，環境噪聲通常較低，一般為35～40db(a)，所以必須進一步探討微型單相異步電動機的噪聲控制。
單相異步電動機和三相異步電動機工作時的主要區別在于前者旋轉磁場在一般情況下為橢圓形，后者為圓形。橢圓形旋轉磁場可分解為一系列具有各次諧波的正序圓形旋轉磁場和逆序圓形旋轉磁場（以下簡稱正序磁場和逆序磁場）。當單相異步電動機處于對稱的特殊狀態運行時，逆序磁場為零，電機內只有正序磁場存在。僅有正序磁場時的微型單相異步電動機產生的力波的行為及其聲學效應與微型三相異步電動機相同。本文僅介紹微型單相異步電動機含有逆序磁場時的力波行為及其聲學效應。
2含有逆序磁場的徑向力波的聲學效應
單相異步電動機橢圓形旌轉磁場可分解為一系列具有各次諧波的正序磁場和逆序磁場。兩序別的各次諧波磁場相互作用，產生徑向力波和切向力波，施加于定子和轉子的鐵心上，使鐵心出現周期性的彎曲變形、扭轉變形及其相應的徑向振動和切向振動。這些周期性的振動轉換成空氣噪聲，被入耳所感覺。對微型異步電機言，定子鐵心有足夠大的抗扭強度，轉子又是整個電機中剛度****的部件，能有效地防止變形，所以，電機的電磁噪聲主要是徑向力波引起的定子鐵心彎曲變形。
2.1含有逆序磁場的徑向力波的電磁噪聲
單相異步電動機正序和逆序磁場產生的徑向力波為時間和空間的周期函數，作用于氣隙與鐵心的分界面上。單位面積鐵心上作用的徑向力波fr，可由馬克斯韋定理求得，即：
式(2)和(3)中，下標f和b分別表示正序和逆序�？诤透胤謩e表示定子和轉子的諧波序數，以整數表示，zz為轉子槽數。
將(2)代入(1)，并略去對電機的振動不起作用的恒定分量，以及對電機的振動和電磁噪聲影響有限的極對數多、幅值小的分量，整理得：
式(4)中，第1和2項系氣隙中正序和逆序磁場的基波分量產生的，是電機中不可避免的主要振動分量之一�？墒牵瑥穆晫W上看，或說從人耳對聲波的生理響應上看，人耳對這類2倍電網頻率的噪聲的響應是不太敏感的。所以，與這類主要振動分量相對應的噪聲分量，卻不是主要的噪聲分量。主要的噪聲分量是式(4)中的第3、4、5和6等4項表達式所確定的力波產生的相應噪聲務量。這些力波是由與正序和逆序磁場相關的定子齒諧波同轉子齒諧波相互作用產生的。它們的特點是力波極對數少，幅值一般都較大，頻率又處于人耳對聲波響應敏感的范圍內，故對電磁噪聲甚有影響。
從式(4)可看到，當電機內同時存在著正序和逆序磁場時，所產生力波的頻率與只存在正序磁場時產生的力波頻率是相同的。此現象表明，兩種不同幾何圖形的旋轉磁場產生的徑向力波引起定子鐵心變形及其相應的聲學效應存在著相似規律。可見，單相異步電動機與三相異步電動機的電磁噪聲之間存在著某種程度上的相似規律。為查明其相似程度，特設計了2臺不同磁場的微型異步電機，作對比實驗。
為便于觀察和比較，兩臺實驗電機的電磁噪聲，既應符合實際使用情況，又應構成電機噪聲級中為決定性的噪聲分量。據此，設計采取不裝風扇和采用低噪聲軸承；定、轉子鐵心的結構和尺寸完全相同；單相電機設計為功率30w，4極，氣隙磁密為3500×l0-4t，定子采用正弦分布繞組，轉子為籠型繞組；三相電機設計為功率90w，4極，氣隙磁密為6100×10-4t，定子繞組為雙層短距，轉子為籠型繞組。
兩臺實驗電機測試結果示于圖1。
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