Ruido Electromagnético en Motores: Definición, Características y Causas

Ruido electromagnético en motores.es un problema común durante el funcionamiento del motor. Se origina a partir de ondas de fuerza electromagnéticas generadas por el campo magnético alterno en el entrehierro entre el estator y el rotor, así como por el efecto magnetoestrictivo del núcleo de hierro, que induce vibraciones en el núcleo de hierro y el marco del estator y irradia más ruido. A diferencia del ruido mecánico y el ruido aerodinámico, el ruido electromagnético tiene causas complejas y perjudica el rendimiento operativo de los motores. Una comprensión-profunda de su definición, características y causas fundamentales sirve como requisito previo fundamental para la optimización del rendimiento del motor y la reducción del ruido. Específicamente, se refiere al ruido aéreo irradiado hacia afuera cuando las ondas periódicas de fuerza electromagnética producidas por el campo magnético alterno en el entrehierro del estator-rotor desencadenan una vibración forzada del núcleo y el marco del estator, junto con el ruido de vibración inducido por el efecto magnetoestrictivo del núcleo de hierro.

Ruido electromagnético en motores.Se puede diferenciar claramente del ruido mecánico y del ruido aerodinámico por las siguientes características típicas:

Después de apagar el motor, el rotor sigue girando debido a la inercia, pero el ruido desaparece instantánea y completamente. Este es el método más sencillo para distinguir el ruido electromagnético de otros tipos de ruido. En pruebas prácticas, la velocidad del motor antes del corte de energía deberá ser mayor que la velocidad donde se sospecha que se produce ruido electromagnético. Dado que la velocidad de rotación cae rápidamente después de la desconexión de la alimentación (especialmente para motores de imanes permanentes), se requiere una velocidad de apagado relativamente alta para garantizar que el rango de velocidad de funcionamiento después del apagado-cubra la banda de velocidad donde aparece el ruido electromagnético.

El ruido electromagnético de baja-frecuencia generalmente se presenta como un zumbido sordo y resonante causado principalmente por armónicos de campo magnético de bajo-orden; El ruido electromagnético de alta-frecuencia se manifiesta como silbidos o chirridos agudos, que provienen principalmente de armónicos de modulación PWM, armónicos de ranura y armónicos magnéticos de alto-orden.

La resonancia se producirá cuando la frecuencia de excitación de las ondas de fuerza electromagnética coincida o se aproxima a la frecuencia de vibración natural del núcleo y la estructura del estator, lo que provocará un aumento exponencial del nivel de ruido y provocará un ruido fuerte y anormal.

El mecanismo de formación del ruido electromagnético sigue la cadena: -distorsión del campo magnético en el espacio de aire → ondas de fuerza electromagnética alternas → vibración estructural forzada → radiación de ruido, con la distorsión del campo magnético en el espacio de aire-como causa principal.

1. Fluctuaciones de fuerza electromagnética radial inducidas por la distorsión del campo magnético del entrehierro de aire

El entrehierro entre el estator y el rotor es el medio central para la transmisión del campo magnético dentro de un motor. En condiciones ideales, el campo magnético del espacio de aire-sigue una forma de onda sinusoidal estándar con fuerzas electromagnéticas simétricas y uniformemente distribuidas, libres de fluctuaciones periódicas, por lo que no genera vibraciones ni ruidos. Sin embargo, en aplicaciones prácticas de ingeniería, diversas desviaciones de diseño y fabricación, como la coincidencia de ranuras de polos-, la excentricidad del estator-rotor, los circuitos magnéticos asimétricos y las corrientes de fase desequilibradas distorsionarán el campo magnético y generarán numerosos campos magnéticos armónicos. Cuando se superponen al campo magnético fundamental, estos campos armónicos producen ondas de fuerza electromagnética radial de diferentes órdenes y frecuencias. Actuando como cargas alternas periódicas sobre los dientes del estator y el núcleo de hierro, las fuerzas radiales estiran y comprimen continuamente la estructura del estator para inducir vibraciones de alta-frecuencia en el estator. La energía de vibración se transmite al bastidor del motor, agita el aire ambiente y eventualmente forma ruido electromagnético. Este mecanismo principal representa más del 80% de la energía total del ruido electromagnético.

2. Excitación armónica de ranura causada por el efecto de ranura

Las ranuras mecanizadas en el estator y el rotor rompen la uniformidad de los circuitos magnéticos en el entrehierro y activan campos magnéticos armónicos en las ranuras. Las aperturas de las ranuras del estator y del rotor provocan fluctuaciones periódicas en la densidad del flujo magnético del entrehierro, generando fuerzas electromagnéticas armónicas en las ranuras con órdenes fijos y amplitudes estables. Estas fuerzas armónicas presentan frecuencias fijas y una gran capacidad de excitación, lo que constituye la principal causa de los silbidos electromagnéticos de alta-frecuencia en motores de inducción y motores de imán permanente-pequeños y medianos. Particularmente cuando los números de ranuras del estator y del rotor no coinciden, la amplitud de las fuerzas armónicas de las ranuras aumenta bruscamente, lo que fácilmente resuena con la estructura del estator y agrava los defectos de ruido. Por lo tanto, la coincidencia de las ranuras del estator-rotor es un parámetro crítico en el diseño del motor. Debe confirmarse en la fase de diseño inicial, ya que las modificaciones en la etapa posterior serán extremadamente difíciles.

3. Efecto magnetoestrictivo e interferencia de los armónicos de control

Por un lado, las láminas de acero al silicio del núcleo de hierro del motor sufren pequeñas deformaciones periódicas de expansión y contracción bajo campos magnéticos alternos, conocido como efecto magnetoestrictivo. Estas microdeformaciones-de alta-frecuencia impulsan la vibración general del núcleo de hierro y producen un zumbido electromagnético de baja-frecuencia, que es especialmente prominente en motores de alta-potencia con núcleos de hierro de gran-tamaño. Por otro lado, los motores de velocidad variable-frecuencia ajustable-son impulsados ​​por convertidores de frecuencia que adoptan modulación PWM. La modulación de pulso-de onda cuadrada introduce abundantes armónicos de tensión y corriente de alta-frecuencia, que distorsionan aún más el campo magnético del espacio de aire-, generan ondas de fuerza electromagnéticas de alta-frecuencia y causan el exclusivo silbido de alta-frecuencia de los motores de frecuencia-variable. Además, la excentricidad del entrehierro, la distribución asimétrica de los devanados, los errores de giro de los devanados, la permeabilidad magnética inconsistente de las láminas de acero al silicio y otros defectos empeorarán la distorsión del campo magnético e intensificarán indirectamente el ruido electromagnético.

la esencia deruido electromagnético en motoresLa reducción radica en la optimización de armónicos, entre los cuales los armónicos de ranura son la máxima prioridad. Otros tipos de armónicos son relativamente más fáciles de optimizar y ejercen influencias menores sobre el ruido electromagnético. Los factores clave que afectan los armónicos de las ranuras incluyen la coincidencia de polos-ranuras, el ancho de la abertura de la ranura y la profundidad de la abertura de la ranura, que se evaluarán exhaustivamente junto con otros indicadores de rendimiento del motor durante el diseño.