摘 要
本篇论文是从阅读文献阅读报告的角度来解读论文的。
为了降低异步电机的电磁噪声，本文提出了槽配合和斜槽这两种方法。槽配合是通过优化定、转子槽数来达到降低电磁噪声的目的；而斜槽是通过形成的电磁转矩和感应电动势近似于同一根转子导条均匀分布在一段圆周范围内的平均值，能有效地削弱齿谐波磁场所产生的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩来达到降低电磁噪声的目的。首先，分析了电磁噪声的产生是由于低阶径向力波和齿谐波的影响，然后，根据电磁力波方程从理论上分别分析了槽配合和斜槽这两种方法均可达到减少低阶径向力波和削弱齿谐波来降低电磁噪声的目的，最后，分别以Y802-2笼型感应电机和YKK500-10 型电机为例对斜槽和槽配合进行了仿真实验。实验结果表明，采用斜槽或槽配合的方法均能达到降低异步电机电磁噪声的目的。
最后对这次文献阅读作出三方面的总结。
关键词：异步电动机，电磁噪声，电磁力波，槽配合，斜槽
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1 引言
本次文献阅读报告的主要课题是对改善异步电机电磁噪声方法的研究，报告
内容主要来自《抑制车用异步电机电磁噪声的槽配合》、《浅谈电机的电磁噪声》、《采用斜槽降低三相异步电动机电磁噪声》以及《Change of mechanical natural frequencies of induction motor》等。现从研究问题、研究方法及研究结果三方面来阐述报告内容。
在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中，异步电机具有结构简单、体积小、质量轻、效率高、价格低、调速范围宽、运行可靠、维修简单方便等优点，广泛地被用作驱动元件。然而，异步电机的电磁噪声直接地影响设备的质量和寿命，并形成环境噪声污染。因此，如何进一步降低异步电机的电磁噪声就成为了目前异步电机设计的重点。
根据异步电机电磁噪声产生的原因，并通过电磁力波的分析，得出电磁噪声是由径向电磁力激励定子振动而产生，其中径向电磁力含有许多谐波，称为径向电磁力波，且当径向力波的阶次较低时，会导致定子共振从而引起大的电磁噪声。而槽配合和斜槽方法均能减少低阶径向力波。
因此，异步电机一般采用槽配合的方法和斜槽的方法来降低电磁噪声。其中槽配合是指转子槽数Z1、斜槽是指转子槽(或定子槽) 相对定子槽(或Z2的选取，转子槽) 沿轴线方向扭斜一个角度。
本文从电磁噪声产生的原因、电磁力波的理论分析得出了采用槽配合的方法和斜槽的方法对降低异步电机电磁噪声的可行性并通过实验仿真验证了异步电机采用槽配合的方法和斜槽的方法的有效性。
2 电磁噪声产生的原因分析
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异步电机是将电能转换成机械能的专用设备，当异步电机的定子绕组中通入
三相对称的正弦电流以后，经过定转子之间的气隙来产生旋转磁场，转子导体将切割磁力线而产生感应电动势。转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 在实际电机中，由于磁极磁场并非完全按正弦规律分布，因此，定子绕组内的感应电动势也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外还包含着一系列的谐波。我们也可以通过分析电动机磁势曲线的波形可以得知，在气隙磁势中，除了基波产生的旋转主磁场外，还有一系列由谐波产生的旋转磁场，这些磁场分为基波磁场和谐波磁场。基波主磁场和谐波磁场所感应产生的转子电流在气隙中所产生的磁势都可分解成一系列不同次数的磁势，从而构成了齿谐波。
异步电动机的电磁噪声主要是由气隙谐波磁场的不均匀所引起的，其主要来源于电磁振动。电磁振动则由电机气隙磁场作用于电机铁心产生的电磁力波所引发。当电磁力波的频率及其阶次与定子对应的固有频率及其模态阶次接近或一致时，电机将发生共振效应，此时，电机的电磁振动和电磁噪声将特别明显。在异步电机中，电磁力波可沿铁心的径向、切向和轴向引起振动力波，其中径向力波使定子铁心产生振动变形，起主要作用；切向力波使齿部弯曲并产生局部振动变形，起次要作用。并且径向力波的阶次越低，铁心产生弯曲变形的相邻两支点间距离就越长，径向变形也越大。由于定子铁心变形量与力波阶次的四次方成反比，与力波幅值成正比，故幅值较大的低阶次径向力波是引起电磁噪声的主要根源。此外，应特别注意的是当径向力波频率与定子铁心和机座的固有振动频率接近或相同时，会发生共振，此时铁心振动和辐射将大大增加，噪声也增大。电磁力波的阶次n越低，振动力波的幅值越大，电磁噪声也越大，所以在电机设计时应尽
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量减小低阶径向电磁力波的幅值，设法使低阶径向力波的频率避开定子的固有频率，最好能够避免低阶径向力波的产生。
因此，在异步电机设计中，常采用槽配合的方法和斜槽的方法来削弱齿谐波从而降低异步电机的电磁噪声。
3 研究方法：电磁力波的分析
通过对电磁噪声产生原因的分析，可知电磁力波中的低阶径向力波是产生电
磁噪声的主要根源，因此，接下来将通过电磁力波的表达式从理论上分析采用斜槽和槽配合的方法可削弱齿谐波，从而减少低阶径向力波，达到降低电磁噪声的目的。
3.1 斜槽时电磁力波的分析
电磁力由电机气隙磁场产生，并作用于定子铁心内表面单位面积上。根据麦
克斯韦定律，电磁力正比于磁通密度的平方，可表示为
b2(?,t)1pn(?,t)??[B1cos(p???1t??0)?2?02?0
?Bvcos(v???1t??vT)?vz (1)
?Bucos(u???ut??uT)]2uz式中：v、u分别为定、转子谐波次数；vz、uz分别为定、转子齿谐波次数；θ为空间圆周方向上的机械角度；?0为基波的初始角度；?vr、?ur分别为ν次谐波、u次谐波在径向方向上的初始角度；p为电机极对数；u0为空气磁导率；b(?,t)为径向气隙磁密瞬时值；B1、Bv、Bu 分别为径向气隙磁密的基波幅值、v次谐波幅值、u次谐波值；?1为电源角频率；?u为转子μ次谐波的角频率；下标r表示径向分量。
由于振动阶数较低、幅值较大的力波对电机的振动和噪声起主要作用，因此
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可略去式(1)中振动阶数较高、幅值较小的力波分量，同时略去恒定分量(因为它们不会产生振动和噪声)，因此有：
1?B12pn?cos(2p??2?1t?2?0r)???BvzBuz.?2?2 (2) vzuz0?cos[(u?v)??(?u??1)t?(?uT??vT)]?式(2)等号右边第一部分是2f1(即2倍电源频率)的振动，它是电机中主要的振动分量之一。2倍电源频率振动是由气隙磁场的基波产生的，因此是不可避免的。这种频率的振动大小对定子振动幅值影响较大，但由于分布在低频附近，对噪声影响不大。式(2)等号右边第二部分是由于定子和转子的齿谐波相互作用所产生的力波，它们通常是振动噪声的主要分量，这些力波一般阶数小、幅值大，且频率分布在人耳的敏感区。因此，为了减小和降低电机的振动噪声，削弱齿谐波是很有必要的。
斜槽是削弱齿谐波磁场有效方法之一。采用斜槽后，同一根导体内各点所感应的齿谐波电势相位不同，大部分可以互相抵消而使导体总电势中的齿谐波大为削弱，从而导致气隙中的电磁力波发生较大改变。定、转子齿谐波的次数如式(3)、(4)所示，由齿谐波影响所产生的电磁力波的频率如式(5)、（6）所示。定子齿谐波的次数为
vz?k1z1?p, k1??1,?2,?3,? (3) 转子基波电流所产生的齿谐波次数为
uz?k2z2?p, k2??1,?2,?3,? （4） 当 n=μ+v 时，电磁力波的频率为 f?f1[k2z2(1?s)?2] （5） p当 n=μ?v 时，电磁力波的频率为
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