Шум электрических машин

Звуковые волны представляют собой продольные механические волны, распространяющиеся в виде колебаний давления. Человеческое ухо, воспринимает частоты от 16 до 16000 Гц. Колебания более высокой частоты называются ультразвуком, более низкой — инфразвуком. Под шумом понимаются нерегулярные колебания давления с самыми разнообразными частотами. Реальные уровни шума и вибрации, создаваемые электрическими машинами и трансформаторами, ограничены требованиями безопасного ведения работ и фактором производительности труда. Удовлетворить эти требования в определенных границах можно за счет улучшения качества изготовления и усовершенствования отдельных узлов электрических машин и трансформаторов, создающих наибольший уровень шума и вибрации.
В общем шуме электрической машины можно выделить следующие составляющие.
Аэродинамический шум появляется в результате движения газообразной охлаждающей среды при вращении различных деталей и узлов электрической машины (ротор, вентилятор, коллектор и др.). Чем сильнее турбулентность движения газа, тем выше уровень шума. Отражающиеся от вращающейся поверхности завихрения газа вызывают широкополосный шум, энергия которого спектрально распределена по всему диапазону слышимости.

Шум вентилятора в основном зависит от его окружной скорости. Так, у электрических машин с окружными скоростями свыше 60 м/с общий уровень шума определяется в большинстве случаев только аэродинамическим вихрем вентилятора. К аэродинамическим шумам относятся и сиренные эффекты, когда сжатый вентилятором воздух или газ наталкивается на такие препятствия, как ребра корпуса или подшипникового шита, крепящие болты и другие подобные детали. Эти препятствия становятся излучателями звуковых волн.
Магнитный шум появляется вследствие возникновения вынужденных колебаний статора и ротора электрической машины под действием знакопеременных электромагнитных сил, имеющих периодический характер. Магнитный шум в основном обусловлен радиальными силами, пропорциональными квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре машины. Из-за сложного характера распределения магнитного поля в воздушном зазоре возникающий магнитный шум является широкополосным.
Шум подшипников обусловлен небалансом и неточностью изготовления элементов подшипников качения. Интенсивность шума возрастает с увеличением диаметра подшипника, скорости вращения вала, сил одностороннего магнитного тяжения и неуравновешенности ротора. Основная частота шума, обусловленного небалансом подшипников, не превышает частоту вращения ротора, т. е. приходится на нижний диапазон слышимости. Неточность изготовления подшипников приводит к появлению шума с частотой, превышающей частоту вращения ротора и пропорциональной количеству деформированных тел качения и дефектов их поверхностей, а также дефектов других частей подшипников.
Шум щеток возникает при их скольжении по коллектору и контактным кольцам и зависит от качества поверхностей коллектора и контактных колец, состояния притирки щеток и степени их давления на коллектор и контактные кольца. В составляющих шума щеток наиболее выраженные звуки обусловлены периодическим прохождением коллекторных пластин под щетками (так называемый шум удара). Частота этих звуков пропорциональна частоте вращения и количеству коллекторных пластин, поэтому шум щеток является высокочастотным.
Шум, возбуждаемый механическими факторами, возникает вследствие распространения вибраций подшипников или внутренних частей машины на большие площади фундаментов или кожухов. Этот структурный шум преобразуется в аэродинамический и излучается в окружающую среду. Если причиной вибрации является плохая балансировка ротора, то шумы в большинстве случаев являются низкочастотными, так как нижняя граница диапазона слышимости 16 Гц соответствует частоте вращения 960 об/мин.