ВЛИЯНИЕ СТАТИЧЕСКОГО ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА РОТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ ЕГО МАГНИТНОГО ШУМА
Authors: ЕРМОЛАЕВ А И. , ПАНОВКО Г Я. , СМИРНОВ А Ю. , ТИТОВ Д Ю. 
Published: December 2024

Работа посвящена исследованию вибрации и акустического шума магнитной природы, излучаемого асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, обладающим статическим эксцентриситетом. Актуальность работы подкрепляется, с одной стороны, снижением ресурса, электрических потерь и ухудшением вибрационно-акустических характеристик электродвигателей с эксцентриситетом ротора и, с другой стороны, недостаточной освещенностью этой темы в отечественных и зарубежных источниках. В рамках проводимых исследований была разработана численная конечно-элементная модель двигателя марки АИР180М4У3, описывающая взаимосвязанные электромагнитные, механические и акустические процессы в нем при статическом эксцентриситете ротора с действующим моментом нагрузки, равным половине от номинального. Полученные результаты позволили установить зависимости уровня шума, амплитуды вибрации статора, времени разгона и механические напряжения от радиуса эксцентриситета ротора. Было установлено, что наибольшие деформации статора в двигателе АИР180М4У3 возникают при относительном эксцентриситете е < 0,167 с колебаниями порядка r = 2 (колебания овальной формы) на собственной частоте f = 160 Гц. Увеличение е до 0,25 сопровождалось скачкообразным снижением амплитуды гармоники f = 160 Гц и возрастанием влияния гармоник с r = 3, r = 4 и r = 6 (колебания треугольной, квадратной и шестиугольной формы соответственно), что объясняется перераспределением радиальных магнитных сил, действующих на статор двигателя из-за изменения магнитных сопротивлений в разных участках воздушного зазора двигателя. При этом уровни звуковых давлений и механических напряжений по мере увеличения радиуса эксцентриситета снижались. Вместе с тем, с ростом относительного эксцентриситета выявлено существенное увеличение времени переходного процесса разгона электродвигателя.

The paper is devoted to the study of vibration and magnetic noise occurred in a squirrel-cage induction motor with a rotor static eccentricity. The relevance of the work is supported, on the one hand, by a decrease in the service life, electrical losses and deterioration of vibration-acoustic characteristics of electric motors with rotor eccentricity and, on the other hand, by insufficient description of this topic in domestic and foreign papers. A numerical finite element model of the AIR180M4U3 motor was developed, describing the interrelated electromagnetic, structural-mechanical and acoustic processes taking into account a static eccentricity of the rotor with an effective load torque equal to half of the nominal. The obtained results made it possible to establish the dependences of the magnetic noise level, stator vibration amplitude, acceleration time and mechanical stress on the rotor eccentricity radius. It wasfound that the greatest stator deformations in the AIR180M4U3 motor occur at a relative eccentricity of e < 0.167 with oscillations of the order of r = 2 (oval-shaped mode) at a natural frequency off = 160 Hz. An increase in e to 0.25 was accompanied by an abrupt decrease in the amplitude of the harmonic f = 160 Hz and an increase in the influence of harmonics with r = 3, r = 4 and r = 6 (triangular, square and hexagonal-shaped mode, respectively), which is explained by the redistribution of radial magnetic forces acting on the motor stator due to a change in magnetic resistances in certain areas of the motor airgap. However, the levels of sound pressures and mechanical stresses decreased as the eccentricity radius increased. At the same time, a significant increase in the transient acceleration time of the electric motor rotor was revealed with an increase in the relative eccentricity.