三相异步电动机的电磁噪音分析和控制
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三相异步电动机的电磁噪音分析和控制
作者：吴建兵
来源：《中华建设科技》2014年第09期
【摘要】对三相交流异步电动机的电磁噪音，从槽配合选择、气隙谐波磁场等方面进行
分析，找出引起电磁噪音的主要原因，最后提出控制电磁噪音的相关措施。
【关键词】异步电动机；气隙槽配合；谐波磁场；电磁噪音
The electromagnetism noise of three electric motor analysis and control
Wu Jian-bing
（Xi'an Tech Full Simo Motor Co.， Ltd Xi'an Shaanxi 710018）
【Abstract】Three-phase AC induction motor electromagnetic noise from the slot with the select air gap harmonic magnetic field analysis to identify major cause electromagnetic noise， and finally put forward the measures to control electromagnetic noise.
【Key words】Asynchronous motor；Air gap slot with；Harmonic magnetic field；Electromagnetic noise
1.引言
Y、Y2系列三相异步电动机应用于各行各业，其负载噪音指标方面与国外产品相比尚有
较大差距。特别是2极高速中小型电动机的电磁噪音已超出国际贸易和国内特殊行业的最低要求。产品出口和国内特殊行业的应用受到严重影响。本文定性加简单的量化分析，阐明2极电机电磁噪音超标的原因及解决方案。
2. 噪音分类
异步电动机的噪音分三类：电磁噪音、空气动力噪音和机械噪音。空气动力噪音源于异步电动机的风扇通风噪音。由于空载和负载的转差非常小，从空载到负载通风噪音几近定值。因此，对于空载噪音达标而负载噪音超标的2极高速电机，通风噪音不是电磁噪音超标的主要原因。
机械噪音主要是由轴承噪音引起的。对于工艺成熟的Y、Y2系列电机，从降低机械噪音方面来使电磁噪音达标也是不明智的。
电磁噪音是由于电机气隙中各次谐波磁场引起的交变电磁力引发铁心及其相联的机械构件中的振动和共振。采取更趋合理的方案是完全可以做到的。
电机噪声
题目：变频器谐波电流对盘式永磁电动 机电磁噪声的影响 院(系)别电气学院 专业电气工程 学号Z1007006 姓名王银杰 二○一一年二月
摘要.................................. .................................. .................................. . (1) 1绪论.................................................................................................... . (2) 1.1课题的背景和意义.................................. .................................. .................................. (3) 1.2国内外究现状 (3) 1.3本文主要内容 (4) 2.谐波电流的电磁噪声的影响.... ........................................ ........................................ . (4) 2.1 18.5KW盘式永磁同步电动机模态分析 (4) 2.1.1盘式永磁同步电动机三维有限元模态计算 (4) 2.1.2盘式电动机固有频率试验测定方法 (6) 2.2盘式永磁同步电动机辐射噪声的计算 (7) 2.2.1永磁电机声场有限元计算理论基础 (7) 2.2.2声场计算的三维有限元模型 (7) 2.2.3声场计算的电磁力载荷处理 (8) 2.2.4三维瞬态声场计算结果 (8) 2.3 PWM变频器谐波电流对盘式永磁电动机电磁噪声的影响 (9) 3总结 (14)
三相异步电动机及其控制电路
第5章三相异步电动机及其控制线路 5.1 三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。 对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。 5.1.1 三相异步电动机的结构与工作原理 1．三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图5-1所示。 图5-1 三相电动机的结构示意图 1）．定子 三相异步电动机的定子由三部分组成： 定子定子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组
AX、BY、CZ。 定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2）．转子 三相异步电动机的转子由三部分组成： 转子转子铁心 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组 转子绕组有两种形式： 鼠笼式-- 鼠笼式异步电动机。 绕线式-- 绕线式异步电动机。 转轴转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。 为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。 2．三相异步电动机的转动原理 1）．基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。 图5-2 三相异步电动机工作原理
产生电磁噪声的机制
产生电磁噪声的机制 【导读】噪声抑制主要是以使用屏蔽和滤波器作为典型手段，在噪声传播的路径中实现噪声抑制。为了有效使用这些手段，对电磁噪声产生和传播机制的充分了解就尤为重要。 就噪声源而言，有三种因素: 噪声源、传播路径及天线（假设噪声干扰最终是以电磁波形式传播，天线亦包含在内），如图1(a)所示。如果是作为噪声受害者，可以使用完全相同的原理图，即图1(b)中所示，只需将图左右翻转，并将噪声源改为噪声接收器。这就意味着可以认为产生和接收噪声两种情况的机制是相同的。 首先，将对噪声产生的机制进行说明。 图1 EMC的三个因素 噪声源 有各种不同的情况会产生可以成为噪声源的电流。例如，一个电路的运行需要某一信号分量而对其他电路产生了问题。另一种情况，尽管没有电路需要此信号分量，但也不可避免产生噪声。有时噪声可能是由于疏忽而造成的。当然，噪声抑制的思维方式视每种情况而异。但如果您能了解特定的噪声是如何产生的，则处理将会变得较为容易。 在本章节中，我们将采用以下三种噪声源典型案例，介绍产生噪声的机制及一般应对策略。 1(i)信号 2(ii)电源 3(iii)浪涌
信号成为噪声源或受害方时 在文中，我们将主要用于传递信息的线称为信号线。通常为了通过电路传输信息，总是需要一定量的电流，即使是非常小的电流。随后，电流周围便产生了磁场。当电流随着信息而发生变化时，会向周围发射无线电波，从而便产生了噪声。随着信息量的增加，通过信号线的电流频率也随之增加，或可能需要更多的信号线。通常，电流频率越高，或信号线数量越多，发射的无线电波强度就越大。因此，电子设备的性能越高、处理的信息量越大、电子设备中所使用的信号线越多，就越容易产生噪声干扰。 传输信息的电路大致可分为模拟电路和数字电路，分别使用模拟信号和数字信号。从电路噪声的角度出发对其一般特性做如下说明。 图2 模拟信号和数字信号 模拟电路 当模拟电路为噪声源时，一般产生的噪声较少，因为模拟电路使用有限频率，并采用控制电流流动的设计情况较多。 但如果有能量外泄，则仍会产生噪声干扰。例如，电视和广播接收器采用一个具有恒定频率的信号，此频率称为本地震荡频率，以便从天线接收的无线电波中有选择地放大目标频率。如果此频率泄漏到外部，则可能对其他设备产生干扰。为了防止发生此情况，调谐器部分会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。
普通三相异步电动机与变频电动机的区别
普通三相异步电动机与变频电动机的区别 普通的三相异步电动机可以用变频器驱动吗 普通的三相异步电动机与变频调速的三相异电动机有何区别 普通异步电机与变频电机的区别——普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。 以下为变频器对电机的影响： 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%~20%。 2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机在转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。
电机噪音分析
电机噪音分析 电机 1引言 噪声是由物体的振动产生的，再通过空气或其它弹性介质才能传播到人的耳朵。它由很多杂乱无章的单调声音混合而成。其中20Hz～20000Hz是人们耳朵可以听到的频率。低于20Hz的波叫次声波，高于20000Hz的波叫超声波。 噪声直接影响人们的身体健康，太强或长时间噪声，会使人十分痛苦、难受，甚至使人耳聋或死亡。噪声是现代社会污染环境的三大公害之一。为了保障人民的身体健康，国际标准化组织（ISO）规定了人们容许噪声的标准，如表1。 表1 每天最长工作时间（h）8 4 2 - 噪声dB(A) 85 93 96 115(最大） 电机是产生噪声的声源之一，电机又在家庭、商业、办公室以及工农医等行业广泛而大量地应用着，与人民的生活密切相关。随着社会的进步，人们对污染环境的噪声提出了越来越高的要求与限制，尤其对与人们密切接触的家用电器更是如此。这方面，先进国家尤其重视。我国政府历来重视人民的健康，对限制噪声不遗余力。表2是我国产品标准规定的部分家用电器的噪声限值。 表2我国部分家用电器的噪声限值dB(A） 电冰箱（250升以下）洗衣机吸油烟机电磁灶吸尘器洗衣机镇流器空调器（2500W、分体式） 52 75 75 50 84 72 35 45 因此，尽量降低电机的噪声，生产低噪声的电机，给人们创造一个舒适、安静的环境是每个设计者与生产者的职责。 2电机噪声的分类 根据电机噪声产生的不同方式,大致可把其噪声分为三大类: ①电磁噪声；②机械噪声；③空气动力噪声。 3电磁噪声 电磁噪声主要是由气隙磁场作用于定子铁芯的径向分量所产生的。它通过磁轭向外传播，使定子铁芯产生振动变形。其次是气隙磁场的切向分量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿局部变形振动。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会引起共振，使振动与噪声大大增强，甚至危及电机的安全。 根据麦克斯韦定律，气隙磁场中单位面积的径向电磁力按下式计算： 式中：B——气隙磁密 θ——机械角位移 μ0——真空磁导率 由于定、转子绕组中存在着主波磁势与各次谐波磁势，它们相互作用可以产生一系列的力波。 3.1主波磁场产生的力波 主波磁场B1所产生的径向力波为：Pr1=P0+P1，式中，是径向力的不变部分，它均匀作用于圆周上，使定子铁芯受到压缩应力。不变部分不会产生振动与噪声。P1=P0cos(2pθ-2ω1t-2θ0)，其中p主波的极对数，ω1—主波的角速度，θ0—初相角。P1是径向力波的交变部分，这个力波的角频率是2ω1，即2倍的电源频率，它使定、转子产生2倍电源频率的振动与噪声。它的强度与气隙磁密的平方成正比。这在两极的大容量电机中，容易产生较大的影响，而在一般情况下，由于它的频率较低，其影响不显著。 3.2谐波磁场产生的力波 谐波磁场产生的力波所引起的振动与噪声，一方面与该力波的幅值大小有关，也与力波的次数有
发电机电磁噪音分析
发电机电磁噪音分析与措施 发电机型号为SF250—28／1730，水轮机型号为ZDT03一LM一140，于9月18日发电。在试运行过程中出现噪音过大现象。经测试，机组试运行时，在空转状态下，距离机座1 m处测量噪音值为60 dB；起励建压后，有刺耳的高频声，离机座1m处测量噪音值为95 dB；满负荷运行时离机座1m处测量噪音值为110 dB。 1、噪音分析 发电机的噪音种类大体上可分为：电磁噪音、机械噪音、空气动力噪音。电磁噪音是电磁力作用在定、转子间的气隙中，产生旋转力波或脉动力波，是定子产生振动而辐射噪音。它与电机气隙内的谐波磁场及由此产生的电磁力波幅值、频率和极数，以及定子本身的振动特性，如固有频率、阻尼、机械阻抗有密切的关系。机械噪音是由机械接触而引起的，如轴承、电刷等，跟接触部件材料、制造质量及装配工艺、配合精度有关。空气动力噪音由电机内的冷却风扇产生，主要由风扇形式、通风道风阻、挡风板等决定。 2、定子绕组谐波计算 设计时借用24极1730机座的冲片，槽数为144槽，冲片尺寸：外径D1：1 730mm，内径Di：1490mm；槽形尺寸：b =13 mm，h =48 mm。每极每相的槽数q=1—5／7，定子绕组接线循环序列： 2 2 1 2 2 1 2；2 2 1 2 2 1 2--利用计算机谐波分析得KYP=0．9397、KQPA=0．9552、KQPB=0．9552、KQPC= 0．9552、FP= 100、FPF=0，但是在谐波磁场极对数10对极上存在反转波FPF=10．78．谐波磁场极对数v=10很接近基波极对数P=14，力波节点对数M =v—P=10—14=一2很小，因为振动幅值与力波节点对数(M2—1)2成反比，所以引起铁心共振。 3、机组结构布臵 因本机组为在原有旧厂房基础上的增容改造机，受原厂房结构限制，本发电机组采用无机坑布臵形式，发电机直接裸露在厂房地面上，声波因无机坑屏蔽隔离就直接传送到厂房内，所以噪音比传统有机坑布臵形式的发电机组大。 由现场测量的噪音数据得出加励磁后电机噪音急剧增大，表明噪音主要为电磁噪音。通过分析发电机电磁噪音主要的由于定子绕组谐波分量过大引起，加上发电机组采用无机坑布臵形式，所以噪音越明显。 4、治理措施 (1) 采用扩相带来降低谐波分量。扩相带后并联支路数、线圈尺寸及技术数据不变，只是定子绕组接线循环序列改为：2 2 2 1 2 1 2；2 2 2 1 2 1 2--利用计算机程序分析得KYP=0．9 397，KOPA=0．948，KOPB=0．948，KQPC=0．948，FP=100，FPF=0，谐波磁场极对数10对极上反转波下降至FPF=1．5986．由此可见基波极对数P=14附近的谐波磁场极对数反转波幅值大幅降低，从而达到降低谐波分量目的。扩相带后绕组系数KQPA=0．948 KQPB=0．948 KQPC= 0．948较扩相带前KQPA=0．9552 KQPB=0．9552 KQPC=0．9552略有所低，但对机组的性能影响不大。 (2) 增加机座断面惯性矩来避开共振区。增加支撑圆钢12根沿圆周均布并焊接牢固，使得机座断面惯性矩增加，从而改变定子铁心固有频率，避开共振区。 (3) 加厚加固挡风板以降低因振动引起的机械噪音。挡风板厚度由原 2 mm 改为4 mm，把紧螺栓由6xM10改为12xM10。
三相异步电动机基本控制线路的安装与调试
三相异步电动机基本控制线路的安装与调试 任务1-1 三相异步电动机的单向运行控制 学习内容: 1、常用低压电器的基本结构、工作原理、图形符号和文字符号、主要技术参数及其应用； 2、三相异步电动机的启/停、点动/长动控制。 学习目标: 1、知道：常用低压电器的工作原理、图形符号和文字符号；常用低压电器的用途。 2、能根据控制要求正确选择低压电器。 3、了解：常用低压电器的基本结构；主要技术参数。 4、掌握三相异步电动机的启/停、点动/长动控制电路的原理。 学习重点:工作原理、图形符号、文字符号、选择使用。 学习难点:工作原理、选择使用 §1-1 机床电气控制中常用的低压电器 目标任务： 1、了解低压电器的基本知识，熟悉常用的低压电器种类； 2、熟悉常用的各种低压电器的结构及原理、符号、选用； 3、熟练掌握常用低压电器的使用。 相关知识： 1-1. 低压电器基本知识
凡是对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及保护等作用的电工器械，均称为电器。低压电器通常是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。机床电气控制线路中使用的电器多数属于低压电器。 一、低压电器的分类 低压电器是指工作在交流电压1200V 、直流电压1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同，可以有不同的分类方式。 1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。 2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。 3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。 二、低压电器的作用 控制作用、保护作用、测量作用、调节作用、指示作用、转换作用 三、低压电器的基本结构 电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机构和执行部分──触头系统。 1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而完成接通或分断电路的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁 3 个基本部分组成。常用的电磁机构如图所示，可分为 3 种形式。 2. 直流电磁铁和交流电磁铁
调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制
调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制（已处 理） 调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制 Analysis and Simulation of High-Frequency Noise of Vector-Contorlled PMSM system 调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制 撰稿人:梁文毅 5 摘要 : 可以转化为对高次谐波电流产生的径向力波的分析,从而转化为对 PWM 信号产生高频电流谐波的分析。本文分析了矢量控制调速永磁 同步电动机驱动系统中产 目前永磁同步电动机矢量控制通常采用 d-q 轴数学模 生 PWM 谐波电流的原因,并基于此分析结果给出了高频 型,本节利用该数学模型对 d-q 轴谐波电流进行分析。电机电磁噪音的特征。基于分析结果,本文提出了解决该类电磁控制算法采用 SVPWM 控制,调制频率为 fPWM。 噪音的几种方式,并采用有限元仿真软件 EasiMotor 对分析结论进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性。 1.1. 永磁同步电动机 d-q 轴谐波电流分析 [14] 关键词:永磁同步电动机、矢量控制、电磁噪音、PWM谐 波电流 在文献 [14] 中对 PWM 谐波电流进行了详细分析,根 据分析可知,通常情况下,d 轴谐波电流主要为一次 PWM
Abstract: 谐波电流,其大小与Δid1 直接相关,其中: 1 ?i ?UT cos2αδ 60 ? cos60 ?δ 2 3L d1 ss d The high frequency electromagnetic noise causedby PWM has been analysed in this paper based on 当α 30 +δ/2 时,Δid1 取最大值,其值为: the analysis of the PWM harmonic current in vector- controlled PMSM system. Based on this result, the2 ? i UT 1? cos60? δ 2 3L d1 ss d characteristic of the noise has been studied, also some of methods to reducing the noise has been proposed 这里,Ld 为 d 轴同步电感,δ为功角, Ts 为调制周期, and the simulation of finite element method in Us 为稳态运行时电压矢 量幅值, 为电压矢量在扇区中瞬 EasiMotor software verified the validity of methods. αKey words: PMSM, Vector Control, Electromagnetic α 时位置,0 。 60 noise, Harmonic current. 而 q 轴 PWM 谐波电流主要为二次 PWM 谐波电流, 其大小与Δiq2 直接相关,其值为:引言 3 ?i ?? 1 3U cos α? 30 U UT 4L q2 s dc q s q
(完整版)三相异步电动机练习题及答案.doc
1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL 电磁兼容性(EMC，即Electromagnetic Compatibility)是指设备或系统在其电磁环境中符 合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS)。 自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。 电磁兼容性electromagnetic compatibility(EMC) 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。(GB/T 4365-1995中1.7节) 干扰的形成 1、折叠干扰源与受干扰源 无论何种情况下电磁相容的问题出现总是存在两个互补的方面: 一个是干扰发射源和一个为此干扰敏感的受干扰设备。 如果一个干扰源与受干扰设备都处在同一设备中称为系统内部的EMC 情况。 不同设备间所产生的干扰状况称为系统间的EMC 情况。 大多数的设备中都有类似天线的特性的零件如电缆线、PCB 布线、内部配线、机械结构等这些零件透过电路相耦合的电场、磁场或电磁场而将能量转移。 实际情况下设备间和设备内部的耦合受到了屏蔽与绝缘材料的限制而绝缘材料的吸收与导体相比的影响是微不足道的。 电缆线对电缆线的耦合既可以是电容性也可以是电感性并且取决于方位、长度及接近程度的影响。 2、折叠公共阻抗的耦合 公共阻抗耦合线路是干扰源与受干扰设备共用电路阻抗所引起的。 公共导线也因两个电流环之间的互感而引起或因两个电压节点之间的互容耦合而引起。 对于传导性的公共阻抗耦合的解决是将连接线分离使系统各自独立避免形成公共阻抗。 折叠发射 来自PCB 的发射:在大多数设备中主要的电流源是流入PCB 板上的电路中这些能量借由PCB 板所模拟成的天线而将干扰辐射出去。 来自电缆线的辐射:干扰电流以共模形式产生于在PCB 和设备内部其他位置形成的对地噪声并沿着导体或者屏蔽电缆的屏蔽层流动。 传导发射:干扰也可能从其他电缆以感性或容性方式偶合到电缆线上。 产生的干扰可能以差模(在火线与中线或在信号线之间)或共模(在火线/中线/信号线与接地 采用变频器驱动的电动机系统，因其节能效果显著、调节方便、维护简单，而在工业中得到广发引用。下面主要是对在变频器使用中产生的电磁噪声怎么进行控制。在变频器控制系统设计与应用中要注意以下七方面的问题 一、在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。 在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。 二、变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由 于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成电压而损坏内部原件。 三、控制变频器调速电动机的起/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器 实现起/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。 四、尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之 间必须的控制线外，其他如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。 五、变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其他操作型开关电器，以避免开关噪声 入侵变频器，造成误动作。 六、应注意限制最低转速。在低转速时，电动机噪声增大、冷却能力下降，若负载转矩较大 或满载，可能烧毁电动机，确需低速运转的高负荷变频器电动机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。 七、注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电动机转矩中含有脉动分 量，有可能造成电动机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。 电机电磁噪声的分析 定转子的槽配合的选择对电磁噪音的影响很大，选择合适的槽配合是降低电磁噪音最有效、最经济的方法，因此，在选择定转子槽配合时要慎重。要避免出现幅值较大，次数较低的力波，幅值较大的定转子齿谐波磁场由定转子槽数决定，由电机学，可知定转子一阶齿谐波作用产生的力波次数m 为， ()()12m Z p Z p =±+±±+ 式中1Z 、2Z - 定、转子槽数、p -极对数 定子相带谐波与转子一阶齿谐波作用产生的力波次数（对定子60 相带整数槽绕组）为： ()()26m Kp p Z p =+±±+ 式中012K =±±?、、 定转子二阶齿谐波作用产生的力波次数为： ()()1222m Z p Z p =±+±±+ 在设计时，应尽量避免定转子槽配合产生较低的m ，另外齿谐波幅值随转子槽数增大而减小。因此，为了降低电机的电磁噪音，在选择定转子槽数时应采用远槽多槽配合，即 2Z 与 1Z 相差较大及21Z Z ?， 电动机二维（力波频率与力波阶次）电磁噪声理论 由异步电动机气隙磁密波的作用,在定子铁心齿上产生的磁力有径向和切向两个分量。 径向分量使定子铁心产生的振动变形是电磁噪声的主要来源； 切向分量是与电磁转矩相对应的作用力矩,它使齿对其根部弯曲,并产生局部振动变形,这是电磁噪声的一个次要来源； 电磁噪声一般在极数较多、功率较大的电机中比较明显,并且是引起负载时噪声增大的重要原因。 三相异步电动机运行时，气隙中存在基波与一系列谐波磁场，它们相互作用除产生引起转矩的切向力外，还会产生许多高次、频率且各不相同的旋转径向电磁力波，这些径向力波作用在定转子上，使它发生径向周期性变形，即产生频率等于径向力波频率的振动，该振动传到机座，引起机座的振动，从而又使机座周围的空气脉动而引起电磁噪声，电机本身都有固有的振动频率，当径向力波频率与电机的固有频率相同或相近时，就会引起共振，产生很大的电磁噪音。 笼型异步电动机电磁噪声的频带通常为700 ～4000Hz 。在这个频率范围内,人的耳朵有很高的灵敏度,因而引起强烈的噪声感觉,严重时表现为十分刺耳的啸叫声。 降低电动机电磁噪声的基本条件，除了使力波频率远离电动机固有频率这一传统条件以外，电动机二维电磁噪声理论又增加一个使力波阶数不等于模态振型阶数这个新条件。因此，二维电磁噪声理论给电动机槽配合的选择提供了两个可以达到降低噪声的选择条件。 Y系列电动机的主要模态振型阶数大多数是2阶的，所以异步电机避免产生高电磁噪声的经验是消除2阶力波，二维电磁噪声理论给予异步电动机设计中槽配合的选择增加了必须考虑降低电磁噪声的新内容： 1.计算电磁力波阶数和力波频率； 2.计算电动机结构的模态参数，特别是模态频率和模态振型阶数； 三相异步电动机的控制电路 一、复习思路及要求 1. 题型：选择题、技能题、简答题。 2. 必须熟练分析各种控制电路的工作原理，只有熟悉了工作原理才能正确绘制控制电路；补画控制电路；识别电路图中的错误；对故障进行正确分析处理；设计一些简单的控制电路；并且对PLC中简单的程序设计也有帮助。 3. 该部分容是非常重要的，要熟悉电路形式及控制形式：自锁、联锁的作用及连接方式；点动、连续运转；具有过载保护的连续运转控制电路是基础。 4. 需要掌握的控制电路有：⑴点动单向运转控制电路；⑵连续单向运转控制电路；⑶点动与连续混合控制电路；⑷接触器联锁双向运转控制电路；⑸按钮联锁双向运转控制电路；⑹接触器按钮双重联锁双向运转控制电路；（7）降压起动控制电路。 二、控制电路的分析 1.单向点动转控制电路 2.单向连续运转控制电路 3.连续与点动混合控制电路（一） 4.连续与点动混合控制电路（二） 5.连续与点动混合控制电路（三） 该电路中使用了中间继电器。其电器符号是KA。作用是：当其他继电器的触点数量不够时，可借助中间继电器来扩展触头数和触点容量，起到信号中继作用。 注：通过以上控制电路明确自锁的作用及其连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 6.多地控制电路 该控制电路能实现电动机的两地控制。起动按钮并联，停止按钮串联。（图中如果SB1、SB2控制A地，则SB3、SB4控制B地。） 7.接触器联锁双向控制电路 该电路采用了接触器联锁优点是工作安全可靠。但电动机由正转变为反转时，必须先按下停止按钮，才能按反转按钮，否则由于接触器联锁作用，不能实现反转。 8.按钮联锁双向控制电路该线路的优点是操作方便，由正转变为反转时不必按下停止按钮，但容易产生电源两相短路故障。 9.接触器按钮双重联锁双向控制电路 该线路工作安全可靠、操作方便。 注：通过以上三个线路要明确联锁的作用及连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 10.定子绕组串电阻降压起动控制线路（一） 电磁干扰及常用的抑制技术 刘宇媛 哈尔滨工程大学 摘要：各种干扰是机电一体化系统和装置出现瞬时故障的主要原因。电磁兼容性设计是目前电子设备及机电 一体化系统设计时考虑的一个重要原则，它的核心是抑制电磁干扰。电磁干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器三个方面着手，切断干扰耦合的途径，干扰的影响也将被消除。常用的方法有滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离等。 关键词：电磁干扰干扰抑制屏蔽接地 1．电磁干扰 电磁干扰(electro magnetic interference，EMI)是指系统在工作过程中出现的一些与有用信号无关的、并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。构成电磁干扰必须具备三个基本条件：①存在干扰源；②有相应的传输介质；③有敏感的接收元件。只要除去其中一个条件，电磁干扰就可消除，这就是电磁抑制技术的基本出发点。 1.1 电磁干扰的分类 常见的各种电磁干扰根据干扰的现象和信号特征不同有以下分类方法。 1、按其来源分类(1) 自然干扰。自然干扰是指由于大自然现象所造成的各种电磁噪声。 (2) 人为干扰。由于电子设备和其他人工装置产生的电磁干扰。 2、按干扰功能分类 (1) 有意干扰。有意干扰是指人为了达到某种目的而有意识制造的电磁干扰信号。这是当前电子战的重要手段。 (2) 无意干扰。无意干扰是指人在无意之中所造成的干扰，如工业用电、高频及微波设备等引起的干扰等。 3、按干扰出现的规律分类 (1) 固定干扰。多为邻近电气设备固定运行时发出的干扰。 (2) 半固定干扰。偶尔使用的设备(如行车、电钻等)引起的干扰。 (3) 随机干扰。无法预计的偶发性干扰。 4、按耦合方式分类 (1) 传导耦合干扰。传导耦合是指电磁噪声的能量在电路中以电压或电流的形式，通过金属导线或其他元件(如电容器、电感器、变压器等)耦合到被干扰设备(电路)。 (2) 辐射耦合干扰。电磁辐射耦合是指电磁噪声的能量以电磁场能量的形式，通过空间辐射传播，耦合到被干扰设备(或电路)。 1.2 电磁噪声耦合途径 干扰源对电子设备的干扰是通过一定耦合形式进行的，无论是内部干扰或外部干扰，都是通过“路”(传输线路或电路)或“场”(静电场或交变电磁场)耦合到被干扰设备中的。 1、电磁噪声传导耦合 (1)直接传导耦合。电导性直接传导耦合最简单、最常见，但它也是最易被人们忽视的一种耦合方式。在考虑电磁兼容性问题时，必须考虑导线不但有电阻足，而且有电感L，漏电阻R，以及杂散电容C。在实际使用中尤其是频率比较高时，这些分布参数对信号的传输有着十分重要的影响。如何考虑分布参数的影响与传输线的长度密切相关。根据传输线的长度与传输信号频率的关系可把传输线分为长线和短线，对短信号线不必进行阻抗匹配，而对长信号线应在终端进行阻抗匹配。 (2)公共阻抗耦合。当干扰源的输出回路与被干扰电路存在一个公共阻抗时，两者之间就会产生公共阻抗耦合。干扰源的电磁噪声将会通过公共阻抗耦合到被干扰电路而产生干扰。所谓“公共阻抗”通常不是人们故意接人的阻抗，而是由公共地线和公共电源线的引线电感所 株式会社村田制作所 产生电磁噪声的机制 [阅读所需平均时间: 约47分钟] 2-4. 数字信号中的谐波 如章节2-3所述，谐波是数字电路产生的一种噪声源。如果能够很好地控制谐波，便能有效抑制数字电路产生的噪声。本章节将讲述数字信号所包括谐波的基本性质。 2-4-1. 谐波的本质（就噪声而言） (1) 数字信号是由谐波组成的 通常而言，具有恒定循环周期的所有波形都可以分解为包括循环频率和谐波的基波，其中谐波的频率为循环频率的整数倍。[参考文献 2]基波的倍数称为谐波次数。 在精确重复波的情况下，除此之外没有任何其它频率成分。数字信号有很多循环波形。因此，在测量频率分布（称为“频谱”）时，可以精确分解为谐波，显示出离散分布的频谱。 (2) 测量时钟脉冲信号的谐波 图2-4-1显示了频谱分析仪测量的33MHz时钟脉冲信号谐波的示例。像针一样向上突起的部分为谐波，其出现的间隔正好为33MHz。可以发现奇次谐波和偶次谐波的趋势不一样。最下面部分约为40dB或更低，指示频谱分析仪的背景噪声。 图2-4-1 谐波的本质 (3) 如何从噪声频率中找出噪声源 上面提及的谐波性质有助于根据噪声频率找出噪声源。通过测量噪声频谱间隔，可以类比推导出造成噪声的信号循环频率。例如，我们在电子设备中观察到了如图2-4-2所示的噪声。出现强烈噪声的频率的间隔似乎是33MHz。因此，可以认为噪声是与33MHz时钟同步运行的电路造成的。 即使此电子设备当前使用的电路具有非常接近的循环频率，如33.3MHz或34MHz，如果可以精确测量噪声频率和间隔，就可分离出这样的频率。例如，如果在图2-4-2中330MHz处存在噪声，则可以假设噪声是由33.0MHz的电路而不是33.3MHz的电路所造成的。这是因为33.3MHz或34MHz信号都不包括330MHz谐波。 (4) 只包括整数倍频率 此外，循环波形并不包括低于基频的任何频率成分。例如，100MHz信号绝不会产生 20MHz、50MHz或90MHz的噪声。如果出现此种频率，则噪声是由分频信号而不是源信号所导致的。 数字电路通常与时钟脉冲信号同步运行，而且很多数字电路的运行频率为时钟脉冲信号的1/N（称为“分频”）。在这种情况下，谐波是分频信号频率的整数倍。但是，如果两个或更多电路以经过分频的相同时钟脉冲信号运行，时钟脉冲信号的谐波会与分频信号的谐波相互重叠，导致难以对其进行区分。 直流电机的磁噪声 1产生原因 直流电机的定于是凸极式的，给我们的分析带来许多困难。其一是直流电机的凸极形磁极造成了定子圆周的严重不对称。由第三章的分析知道，这时，必须考虑广义齿(即磁极)的对称振动和广义齿的反对称振动。一般来说，直流电机定子振动时，变形主要在非磁极相连的那部分圆周。其二是磁极的凸极形状，使定子励磁绕组所产生的主极磁场类似于同步电机转子励磁绕组所产生的主极磁场。因此，完全可以借鉴同步电机的分沂。但现在所不同的是：同步电机中主极磁场是随转子一道同步旋转的，而直流电机中主极磁场由定子直流电所产生，是静止的。这样，直流电机的电磁噪声必然是与转子关系密切，从而得到与同步电机不同的结果。其三是凸极形是定子磁极，既然是静止的，气隙中的主要能量也必然是存贮在静止的区域中，即直流电机定子的磁极下的气隙中。由马克斯韦定律可知，直流电机的电磁振动激振力波或力矩主要是在磁极下起作用。 磁极上的作用力主要有随时间而变的径向力、切向力和弯曲力矩。既然考虑产生振动的交变力，它肯定不可能完全由定子方面直流电产生，必须有转子方面产生附加磁场的参加，才能产生这种交变力。因此，在直流电机电磁噪声的分析与控制中，转子所产生的磁场频率、极对数和幅值的分析才是至关重要的。为简便起见，在分析中不考虑切向力矩。 气隙磁场产生的径向力波为 22022001202212120(,)1{cos cos[()]}2221 cos{[()]} 22k n r k r h B b t p B kZ kZ t B B kZ kZ t νννννννθνθνθωμμννθωμΛ= =Λ+±-ΛΛ≈±±-∑∑∑∑∑∑（7-45） 由此可知：直流电机中由径向力波引起的振动和噪声频率为转子旋转齿额，即 221 260r Z n f kZ k ωπ== k=1,2,3… 实践证明，与同步电机一样，定子主极磁场与转子一阶齿谐波磁场相互作用，所产生的力波是引起直流电机电磁噪声和振动的主要成份。所不同的是，现在，由于力波主要在磁极下起作用，作用力或力矩在蹈极极面下求平均值。因此主要考虑主极磁场基波与一阶转子齿谐波磁场相互作用所产生的力波和力矩。这样，可以假定直流电机的气照磁场由二部分组成，一是主极磁场基波，二是转子开招引起的一阶齿谐波磁场。 诸自强7.4 直流电机的电磁噪声 多次实验研究表明：直流电机的磁振动主要是由齿频磁力产生。 2/60Z n πω=秒 式中 Z —电枢铁芯齿数。 电路噪声的产生以及抑制噪声的方法 电路噪声 对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。 当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。电子电路中噪声的产生？如何抑制这个东西主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。在数字电路中，普遍存在高频的数字电平，这些电平可以产生两种噪声：1、电磁辐射，就像电视的天线一样，通过发射电磁波来干扰旁边的电路，也就是你说的噪声。2、耦合噪声，指数字电路和旁边的电路存在一定的耦合，噪声可以直接在电器上直接影响其他的电路，这种噪声更厉害。电源上存在的噪声：如果是线性电磁兼容性分析
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电路噪声的产生以及抑制噪声的方法