ГОСТ Р 55136-2012/IEC/TS 60034-25:2007 Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Руководство по конструкции и характеристикам машин переменного тока, специально предназначенных для питания от преобразователей

     6.1 Шум

6.1.1 Общие положения

При работе преобразователя появляются три фактора, непосредственно определяющие уровень шума:

- изменение скорости вращения от близкой к нулю до превышающей номинальную; непосредственное влияние оказывают подшипники, их смазка, вентиляция, а также изменение температуры;

- частота и гармонический состав напряжения питания двигателя, оказывающие значительное влияние на магнитные шумы в сердечнике статора и в меньшей степени - на шум в подшипниках;

- торсионное и радиальное возбуждение в сердечнике статора из-за взаимодействия магнитных полей различной частоты в воздушном зазоре двигателя.

6.1.2 Влияние скорости на уровень шума

6.1.2.1 Подшипники скольжения

Уровень шума, производимого подшипниками скольжения, существенно не изменяется.

6.1.2.2 Подшипники качения

Частота шумов, производимых подшипниками качения, непосредственно зависит от скорости вращения. Если подшипники работают "тихо" на основной скорости, то маловероятно, что уровень шума значительно изменится при меньшей скорости. Однако когда скорость выше основной, то возможно значительное увеличение уровня шума под действием гармоник основных частот из-за скольжения катящихся элементов. Проявление этого эффекта резко усиливается с увеличением фактора скорости (диаметр подшипника в мм, умноженный на частоту вращения в мин выше 180000). Опыт показывает, что повышению уровня шума можно противостоять, улучшив процесс смазывания использованием масляной ванны или паров масла.

При работе двигателя на предельно высоких скоростях в допустимом диапазоне температура в подшипниках будет выше, чем на низких скоростях. Поэтому важно убедиться в том, что в конструкции заложены адекватный номинальный зазор и/или демпфирующий монтаж.

При низких скоростях для смазывания подшипников вполне пригодны консистентные смазки.

6.1.2.3 Вентиляционный шум

Уровень шума от вентилятора на валу приближенно соответствует характеристике, показанной на рисунке 6 (для скорости вращения до 50 м/с). Уровень шума снижается примерно до 15 дБ при снижении скорости на 50% и увеличивается примерно до 10 дБ при таком же увеличении скорости. Если электропривод нереверсивный, то эффективное сокращение шума может быть достигнуто благодаря использованию вентилятора с симметричными лопастями.

     
Рисунок 6 - Зависимость шума вентилятора от относительной скорости вращения вентилятора

6.1.3 Шум от магнитного потока

Когда двигателем нужно управлять в широком скоростном диапазоне, резонанс неизбежен из-за переменной частоты питания. Этот эффект связан не со свойствами преобразователя, а с переменной частотой синусоидального напряжения питания.

Для двигателей, питаемых от преобразователя, нужно также учитывать влияние переменных в пространстве полей двигателя, вызванных гармониками токов статора и ротора. В связи с этим важно понять, что при проектировании электропривода достижение цели - создание оптимальных по уровню шума решений - невозможно без согласования действий разработчиков преобразователей и двигателей.

Использование прямоугольных импульсов при создании гармонического напряжения переменной частоты на выходе инвертора напряжения создает большое количество гармонических составляющих напряжения и, как результат, гармонических составляющих токов статора и ротора. Опыт показывает: при частоте коммутации импульсов меньше 3 кГц частоты гармонических составляющих могут быть близки к естественным частотам колебаний конструктивных элементов средних и больших двигателей, предназначенных для работы в широком диапазоне скоростей. В таких случаях практически неизбежны режимы резонанса в некоторых зонах скоростного диапазона (см. рисунок А.2).

Резонансные частоты для режимов r  =0 и r  =2 (рисунок 7) ниже 2,5 кГц для двух и четырех полюсных двигателей с высотой вала более 315 мм. Подчеркнем, что тенденция увеличения частоты преобразователя до 4-5 кГц и выше приведет к возможности появления резонанса и в существенно меньших двигателях.

Рисунок 7 - Режимы вибрации

При питании двигателя от преобразователя с широтно-импульсной модуляцией приращение шума по сравнению с уровнем шума в том же двигателе при питании от синусоидального источника является относительно небольшим (несколько дБ/А) для частоты коммутации выше 3 кГц. При более низких частотах коммутации увеличение шума может быть существенным (до 15 дБ/А). В некоторых современных преобразователях с широтно-импульсной модуляцией уже не используются фиксированные частоты коммутации, поэтому они являются источником широкого спектра дополнительных частот. Таким образом, рост уровня типичных и индивидуальных шумов двигателя может быть значительно ограничен.

Может возникнуть необходимость создания "частотного окна" в рабочем диапазоне скорости во избежание резонанса на определенных частотах в "окне".