小功率永磁直流电机电磁噪音的产生根源
李令松
[摘 要]Z710系列直流电机噪音产生原因很复杂，本文通过某煤矿矿井提升用Z710直流电动机在电气传动调试过程中发现电机内部的异常噪声事例，及消除电机内部的异常噪声的过程，简单介绍对该系列电机内部的异常噪声产生原因进行分析并将其消除的方法。
[关键词]Z系列直流电动机噪声轴承矿井提升
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0035-01
1 引言
Z710系列直流电机为我国现有直流电动机产品基本系列中Z系列中型直流电动机中常见的一个系列电机，在设计上采用了目前国内最新绝缘材料，吸收了国内外有关直流电机方面的新成就、新技术、新工艺，适用于传动轧机、轧机辅助设备、金属切削机床、挖掘机、造纸机、卷扬机等设备。1250kW（Z710-1）直流电动机，为我公司为某煤矿制造的矿井提升用直流电动机，该电机2014年出厂，在用户处存放至2016年开始安装调试。在安装调试过程中发现有异常噪声，异常噪声较大，严重影响该电机正常工作。本文以此电机异常噪声问题为例，介绍了如何分析Z710系列直流电机异常噪声产生原因进行分析并将其消除的方法。
2 噪声异常的产生
2016年某煤矿矿井提升用1250kW直流电动机，在电气传动调试过程中发现有来自电机内部的异常噪声。该电机在盘车时正常，空载低转速至20 r/min后开始有明显异常噪声，时有像电枢铁芯刮纸片的声音，时有像薄铁板振动的声音，还有夹杂一些类似轴承中滚珠滚动的声音，超过24 r/min后异常噪声消失。异常噪声产生位置主要集中在非传动端，但具体位置无法确定。电机无明显磕碰痕迹，安装、调试过程也符合技术协议要求及安装使用维护说明书要求，电机运行时振动值也符合相应国家标准要求，该电机为Z710系列常规直流电动机，出厂试验时正常。
3 异常噪声的消除过程
电机的主要噪声源有通风噪声、电磁噪声和机械噪声，而电机噪声源常用识别方式有测点位置法、变参数法、分离元件法、声强法、频谱分析法。一般在电机运行现场，受现场条件限制采用点位置法、变参数法、分离元件法这三种方法较多。
2.1 排除通风噪声
一般情况下，Z系列直流电机通风噪声，主要由风扇或其他通风元件以及转子旋转形成的空气涡流、风扇旋转使冷却空气周期性脉动、风扇旋转使气体撞击障碍物、风路中薄壁零件谐振、风路设计不合理引起。
该电机冷却方式IC06（自带风机、强迫通风），风机在电机上方，与电机后端座把合在一起。首先启动电机，当电机运行至23r/min，即有明显异常噪声时。然后改变电机上部风机频率，调整风机风量大小。经观察在调整风机风量大小过程中，电机的电磁异常噪声没有立即消失也没有明显改变，由此判断该异常噪声不是由通风噪声引起的。
2.2 排除电磁噪声
一般情况下，Z系列中型直流电机电磁噪声，主要由气隙磁通的脉振和高次谐波引起。当转子旋转时，由于齿、槽影响，引起每极下磁阻的变化。由于与每极下槽数有关，这种电磁噪声多数以齿频率出现。其次可控硅电源中的脉动分量，在气隙磁场中出现高次谐波分量，也将产生电磁噪音。当电枢、主极铁心压装不紧密，机座刚度不够时，这种电磁噪音将更加显著。
该电机为Z710系列常规直流电动机，电磁及结构设计较为成熟，且出厂试验时无异常噪音，此次主要考虑可控硅电源中的脉动分量是否能引起异常噪声。首先启动电机，当电机运行至23r/min，即有明显异常噪声时。突然切断电源，经观察在断电源后，电机的电磁异常噪声没有立即消失，停电前、后噪声级的变化不大。由此判断该异常噪声不是由电磁噪声引起的。
2.3 分析机械噪声
一般情况下，Z系列中型直流电机机械噪声，主要有由转子机械不平衡引起的离心力所产生的振动噪声，轴承噪声，电刷与换向器摩擦噪声、刷盒振动噪声等。
经仔细观察，异常噪声主要集中在电机内部换向器端及换向器端轴承装配处，随着转速变化（20～24r/min）异常噪声传出的位置有所不同，有时象电枢转动时刮到纸片的声音，有时象薄铁板振动的声音，有时像轴承滚珠空转的声音。经分析，异常噪声的噪声源可能不止一处，而超过24r/min听不到异常噪音，很有可能是随着电机转速的提高电机转动的声音的分贝值大于异常噪声，给人一种异常噪声消失的感觉。
由于该电机运行现场正在进行土建工程的收尾工作，施工时未对电机进行有效保护，且在打开电机传动端端座盖板后，在端坐内发现有水泥残渣，懷疑可能有异物经电机上方低噪音风机进入电机内部。经用高压气体对电机内部进行清理后，电机内部定转子间似“刮纸片”的异常噪声消失。
接下来分析轴承装配处异常噪声，用传导声音较好的金属棒贴近轴承外盖听的方法，去听非换向器端轴承的声音，有很大的轴承滚珠滚动的声音。将换向器端轴承装配的盖板打开，经观察，轴承内润滑脂不足。加入足够润滑之后，该处异常噪声消失。
经观察类似“薄铁板振动”的声音主要来自换向器处，应是电刷在刷盒内滑动及及刷盒振动的声音。将换向器上电刷全部从刷握中取出，对电刷表面及换向器表面进行仔细清理。清理后回装电刷，电刷回装时调整刷握弹簧，使电刷在刷盒内松紧度合适。经上述处理后，换向器处异常噪声消失。
经以上步骤处理后，电机低转速运行时的异常噪声消除，电机可正常进行调试。
4 原因剖析
该电机异常噪声的噪声源，共有三处，分别在电机内部定转子间间隙处、电机内部换向器处、换向器端轴承装配处。分别是由于异物的进入产生的似“刮纸片”的异常噪声、电刷与刷盒摩擦导致刷盒振动产生的似“薄铁板振动”的声音及由于轴承缺油导致的滚珠滚动声音异常，也可以说是由这三种声音的组成了电机最初的异常噪声。当电机转速超过24r/min后，电机转动的声音的分贝值大于异常噪音，给人一种异常噪声消失的感觉。
5 结语
直流电机噪音产生原因很复杂，本文仅对最主要原因进行了分析，还有许多原因需要深人研究并加以解决，其中很多解决办法在实践生产中得到了检验并且显现良好的效果，体现出较强的经济性和实用性。
参考文献
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[2] 陈世坤.电机设计（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.
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