电机的通风噪声浅析

不可思议

　　引起机械噪声的原因多种多样，归纳起来，冲击性的、周期性的以及随机性的力的作用是最根本的原因。对于电机而言，又以后两种原因为主。例如，风扇在运转时，会引起周期性的振动而发声。所谓随机性力的作用，指在固体上摩擦或滚轧时，由于表面粗糙产生随机性力的作用而发声，如电机的滚动轴承和滑动轴承的噪声即属此例。

　　电机的机械噪声

　　实际上，产生机械噪声的三种原因，不仅会单独作用，而且往往同时出现、相互叠加，这就使噪声源的分析更复杂化。

　　至于机械噪声的类型，按声强随时间变化的情况，可分为稳定状态噪声、周期状态噪声和冲击状态噪声三种。稳定状态噪声是连续的，声强波动范围在5分贝以内。周期状态噪声是周期性的，声强波动超过5分贝。冲击状态噪声是不连续的脉冲噪声，其持续时间小于1s，而其峰值压力值比其均方根值的声压级至少大10分贝。假如其重复速率高于每秒10次，则可认为它是稳态噪声。

　　在机械制造行业，总的讲机械噪声主要有空气动力性噪声和机械性噪声两类，但两者往往交错或同时存在，以何种为主，则按机械类别和采用的运动部件的结构而有所不同。为了方便，往往将由电磁性的力的作用而引起的机械性噪声划归电磁噪声类。

　　作为机械噪声中重要方面的空气动力性噪声是气体的流动或物体在气体中运动引起空气的振动产生的，例如电机中风扇所产生的噪声即属于此。空气动力性噪声的噪声源可分成三个类型：单源、偶极子源和四极子源。单源又称零级辐射。当高速气流周期性地从排气口排出，或稳态气流周期性地被截止，即发生发射率对时间的变化，产生单源辐射。单源象一个脉动球，它均匀地膨胀和收缩，其辐射的指向性图形是球形的。

　　对电机更为重要的是另一种所谓的偶极子辐射，偶极子源可以看成是一对相互距离比波长小、相位相反的单源。它的指向性图形是8字形，沿轴的方向上较强，在与轴垂直的方向上较弱，即具有明显的方向性。

　　当极高速气体喷射时，压应力张量发生变化，这时产生四极子辐射。四极子源可以看成是两对相位互成180°的偶极子。其指向性图形呈4叶玫瑰线形。

　　电机的通风噪声

　　电机的空气动力性噪声，主要是由冷却气流经过电机内部风路引起的，通常统称为通风噪声，它随气体流量的增加而增大，尤其是随风扇圆周速度的增加而增大。电机的总噪声中，2极和中心高不大于112mm的4极电机，其主要成分是通风噪声一般，通风噪声中的主要成份则是由风扇造成的风扇噪声。风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声两种成分组成。

　　旋转噪声是由旋转的叶片周期性地打击空气质点，引起空气的压力脉动而产生的。这个压力脉动可用富里哀级数分解为一个稳态分量和一系列脉动分量。稳态分量是风扇所需要的气流压力，脉动分量则是叶片产生的旋转噪声的声源。

　　旋转噪声具有确定的频率，它等于叶片每秒钟打击空气质点的次数。从旋转噪声的强度看，基频的最强，其次是二次谐波和三次谐波的，它随次数的增加而逐渐减弱。

　　风扇叶片在转动时，使其周围气体在叶片的后面产生涡流，引起气体扰动，形成压缩与稀疏过程，从而产生所谓涡流噪声。当风扇旋转时，涡流噪声的频率取决于叶片与气体的相对速度，此速度随旋转叶片与圆心的距离而连续变化，因此风扇旋转所产生的涡流噪声表现为宽频带的连续谱。由于涡流及其可能再分裂为小涡流的不稳定性，涡流噪声频率的分布及其声级大小也不太稳定，因此它是一种随机性稳态噪声。

　　对于风扇噪声，当电机功率很大或圆周速度很高时，以及扇叶进出口附近有固定的气流障碍物或当风扇外缘与风罩或端盖内表面的间距不够大时，旋转噪声往往占优势;反之涡流噪声占优势。电机进出风风口处的风声也是一种涡流噪声。

　　风扇噪声从声源特性来说，一般属于偶极子源，其功率在理论上大致与风扇周速的6次方成正比，与风扇直径的平方成正比，并与风扇的正面阻力系数和风扇的形状有关。