Drgania i hałaśliwość silników asynchronicznych - weryfikacja nowych hipotez

Vibrations and Noisiness of Asynchronous Motors - Validation of New Hypotheses

dr hab. inż. Dariusz R. KARKOSIŃSKI

Abstract

The article presents a new look at the vibration of the frame and end-shields of asynchronous motors with electromagnetic excitations. The investigations of mode and operational deflection shapes of frame and end-shield have been discussed. The cause-effect relationships between the vibration of end-shields, rolling and slide bearings have been analysed. It has been shown that the deflection shapes of the vibrating end-shields in the axial direction can be largely due to the electromagnetic forces rather than bearing operation and an emission of the noise come from the end-shields and the frame is similar to

Streszczenie

Artykuł zawiera nowe spojrzenie na postaci drgań kadłuba i tarcz silników asynchronicznych wymuszanych siłami elektromagnetycznymi. Omówiono badania postaci drgań własnych i eksploatacyjnych kadłuba i tarcz łożyskowych. Poddano analizie związki przyczynowo-skutkowe postaci drgań tarcz łożyskowych z łożyskami tocznymi i ślizgowymi. Wykazano, że wibracyjne eksploatacyjne odkształcenia tarcz silników klatkowych małej i średniej mocy, w kierunku osiowym mogą być w znacznej mierze wynikiem sił elektromagnetycznych, a nie pracy łożysk oraz, że tarcze łożyskowe emitują hałas porównywalny z hałasem pochodzącym od kadłuba

Keywords

asynchronous motor, vibrations, acoustic noise, frame, end-shield

Słowa kluczowe

silnik asynchroniczny, drgania, hałas, kadłub, tarcza łożyskowa

Rys. / Fig.

Bibliografia / Bilbiography

[1] R. BELMANS, D. VERDYCK, W. GEYSEN, R.D. FINDLAY: "Electro-mechanical analysis of the audible noise of an inverter-fed squirrel-cage induction motor", IEEE Transaction on Industry Applications 1991, vol. 27, s. 539–544
[2] S.C. CHANG, R. YAKAMINI R: "Experimental study of the vibrational behaviour of machine stators", IEE Proc.-Electr. Power Appl., vol. 143, no 3, May 1996, s. 242–250
[3] A.J. ELLISON, S.J. YANG: "Natural frequencies of stators of small electric machines", Power Record 1971, vol. 118, no 1, s. 185–190
[4] E. ERDELYI: "Predetermination of Sound Pressure Levels of Magnetic Polyphase Induction Motors", AIEE Trans. 1955, vol. 74, s. 1269–1280
[5] D.J. EWINS: "Modal testing: theory and practice. Research Studies Press LTD", Tauton, Sommerset, England 1995, s. 312
[6] H. FROHNE, H. JORDAN: "Ermittlung der Einigenfrequenzen des Ständers von Drehfeldmotoren", Lärmbekämpfung 1957, Bd. 1, s. 137–140
[7] R.S. GIRGIS, S.P. VERMA: "Method of accurate determination of resonant frequencies and vibration behaviour of stators of electrical machines", IEE proc. B, Electr. Power Appl., 1981, vol. 128, s. 1–9 [8] H. JORDAN: "Geräuscharme Elektromotoren", V. Girardet, Essen 1950
[9] H. JORDAN, P. LAX: "Über die Wirkung von Exzentrizitäten und Sättigungserscheinungen auf den Körper - und Luftschall von Drehstrom- Asynchronmotoren", AEG Mitteilungen 1954, Bd. 44, H. 11/12, s. 423–426
[10] H. JORDAN, G. RÖDER: "Über den Einfluss des Gehäuse auf die Resonanzfrequenzen des Standers elektrischer Maschinen", Acta Technica 1969, Nr 5, s. 536–560
[11] D. KARKOSINSKI: "Metody badania form odkształceń stojana maszyn elektrycznych", Pomiary Automatyka Kontrola, 12’2003, s. 54–57
[12]. D. KARKOSINSKI: "Zjawiska wibroakustyczne w asynchronicznych silnikach klatkowych", Politechnika Gdańska, monografie nr 69, Gdańsk 2006
[13] D. KARKOSINSKI, Ł. ŁUDZIŃSKI: "Drgania tarcz łożyskowych silników asynchronicznych wymuszane siłami elektromagnetycznymi", AUTOMATYKA, ELEKTRYKA, ZAKŁóCENIA, 2014, s. 29–41
[14] D. KARKOSINSKI: "Hałaśliwość silników asynchronicznych - podstawy nowych hipotez", e-pismo AUTOMATYKA, ELEKTRYKA, ZAKŁóCENIA. vol. 5, nr 2 (16) 2014, http://dx.doi.org/10.17274/AEZ.2014.16.01, s. 8-32
[15] S. KWAŚNICKI: "Przyczyny hałasu pochodzenia mechanicznego w silnikach indukcyjnych klatkowych", Wiadomości Elektrotechniczne nr 11, 1996, s. 497–500
[16] J. PODHAJECKI, S. SZYMANIEC: "Wyznaczanie drgań własnych stojana silnika indukcyjnego", Zeszyty Problemowe "Komel" Katowice – Maszyny Elektryczne Nr 87/2010, str 167-172
[17] M.H. RICHARDSON: "Is it a mode shape, or an Operating deflection Shape?", Sound & Vibration Magazine 30th Anniversary Issue, March 1997, s. 1–11
[18] R.K. SINGAL, S.P. VERMA, K. WILIAMS: "Vibrations of long and short laminated stators of electrical machines, Part II1 –Results for short stators and validity of simplified frequency equation", Journal of Sound and Vibration 1989, vol. 129, s. 31–44
[19] S. SZYMANIEC: "Drgania własne stojana silnika indukcyjnego klatkowego małej mocy - pomiary", Zeszyty Problemowe "Komel" Katowice – Maszyny Elektryczne Nr 3/2012 (96), str. 25-30
[20] J.A. ŜUMILOV: "Calculating stator vibrations in electrical machines", Proc. International Conference on Electrical Machines, London 1974, s. 36–42
[21] B.J. SCHWARTZ, M.H. RICHARDSON: "Experimental modal analysis", CSI Reliability Week, Orlando October 1999, s. 1–12
[22] B. SCHWARTZ, M. RICHARDSON: "Measurements required for displaying operating deflection shapes", IMAC XXII, February 26–29, 2004, s. 1–6
[23] S.P. VERMA, R.S. GIRGIS: "Experimental verification of resonance frequencies and vibration behaviour of stator of electrical machines, Part 1 – Models, experimental procedure and apparatus", IEE Proc. B. Electr. Power Appl. 1981, vol. 128, s. 12–21
[24] S.P. VERMA, R.K. SINGAL, K. WILIAMS: "Vibration behaviour of stators of electrical machines. Part 1 –Theoretical study", Journal of Sound and Vibration 1987, vol. 115, s. 1–12
[25] S.P. VERMA, K. WILIAMS, R.K. SINGAL: "Vibrations of long and short laminated stators of electrical machines, Part 1 –Theory, experimental models, procedure and set-up", Journal of Sound and Vibration 1989, vol. 129, s. 1–13
[26] H. WANG, K. WILLIAMS: "Effects of laminations on the vibrational behaviour of electrical machine stators", Journal of Sound and Vibrations,
1997, vol. 202, no 5, s. 703–715
[27] S. WATANABE, S. KENJO, K. IDE, F. SATO, M. YAMAMO: "Natural frequencies and vibration behaviour of motor stators", IEEE P. A. and S. 1983, vol. 102, nr 4, s. 349–396
[28] K. WILIAMS, R.K. SINGAL, S.P. VERMA: "Vibrations of long and short laminated stators of electrical machines, Part I1 –Results for long stators", Journal of Sound and Vibration 1989, vol. 129, s. 15–29
[29] R. YACAMINI, S.C. CHANG, K.S. SMITH: "Noise generation in marine motors", Trans. Inst. Mar. Eng., 1995, vol. 107, no. 4, s. 241–256
[30] S.J. YANG: "Low-noise electrical motors", Clarendon Press, Oxford 1981
[31] Z.Q. ZHU, D. HOWE: "Effects of end-shields and rotor on natural frequency modes of stator of small electrical machines", Fourth International Conference on Electrical Machines and Drives, 13–15.09.1989, London, s. 232–236