电磁噪声与气隙中定、转子磁场之间相互作用而产生的径向力、电机构件的动态响应及电机表面的声辐射特性有关。因此，降低电磁噪声应从抑制其产生和辐射两方面入手。

在异步电机中，由于定、转子电流在空气隙中建立的谐波磁场相互作用而产生的电磁力波引起铁心轭部振动，并引起机座随之振动，迫使周围空气振动而产生电磁噪声。谐波磁场可沿铁心的径向、切向或轴向产生引起振动的力波，其中径向力波起主要作用。在径向力波中，阶数n（阶数n为任意瞬间力波出现幅值的个数，见图4-1）小时幅值大，且频率的分布常在人耳的敏感区。前苏联对其统一系列感应电机的电磁噪声和振动的试验表明，最大的电磁噪声产生于与二阶振动相应的频率处^[1]。

图4-1 力波阶数示意图

注：n=0是环的整个表面在均匀径向力的作用下做等幅径向振动；n=1是在定、转子铁心间吸力的作用 下，环不变形而做变位振动；n=2，3，4…是在径向力波的作用下，环产生椭圆形或多瓣梅花形振动。

异步电机气隙中主要力波的阶数为

n=μ_z±γ_z| （4-1）

式中µ_z——转子绕组磁动势中齿谐波次数；

γ_z——定子绕组磁动势中齿谐波次数。

因此，限制低阶力波的产生，提高结构件刚度及阻尼特性便是降低电磁噪声的主要途径，具体措施如下。

（1）选择适当的定、转子槽配合 异步电机的槽配合对电机性能的影响较大，加之很难选出面面俱到的槽配合，往往顾此失彼而产生较大的电磁噪声。

考虑定、转子槽配合之后气隙中主要的电磁力波阶数和频率分别为

其中，K₁，K2=±1，±2，±3…；k=0，1，2，…

为使力波的n≠0，1，2，3；必要时，n≠4，5，要选择适当的定、转子槽数z₁，z₂。

按上式算出力波频率f后，应与固有振动频率相比较，两者不要接近。若固有振动频率难以精确地求得，可使z₁，z₂的选择满足以下两个不等式，也能避开固有振动频率而免于发生共振（参见表2-4及表2-5）。

上述要求均能满足的z₁，z₂即为从降低电磁振动、噪声角度出发筛选出的较佳槽配合z₁/z₂。

参考文献[2]介绍：一台国外的75kW 6极的绕线型电机，原来用z₁/z₂=54/45，因z₂-z₁=2p+3，负载时在618Hz和827Hz处出现一阶齿谐波引起的n=3阶径向力波，使噪声超过90dB（A）。改为54/36后噪声降到75dB（A），由此例可见一斑。表4-2以4、6极为例列出不同z₁/z₂的噪声值。

表4-2 槽配合及斜槽对电动机噪声级的影响 （单位：dB（A））

注：b_sk为转子斜槽距离，t_z1为定子齿距。

z₁/z₂应同时列出几个方案，因为还有其他性能对z₁/z₂有约束（见第二章）。设计者应权衡诸项技术要求，特别是用户的使用要求确定z₁/z₂。表4-3列出定子外径D₁≤300mm的小型笼型三相异步机在综合考虑振动、噪声、附加转矩及附加损耗后的z₁/z₂的实例，它与表2-4是吻合的。

表4-3 定转子槽配合

注：带（）的表示在制动区有大的同步附加力矩；带[]的表示转子斜过一个定子齿距时可以使用。

（2）采用斜槽 定子或转子斜槽可使径向力波沿电机长度方向的轴线发生相位移，使得沿轴向平均径向力降低，从而降低电机的振动和噪声。转子扭斜时，沿转子外圆扭一个定子齿距；定子扭斜时，则扭一个转子齿距。

对于100kW以下的笼型异步电机，斜槽是降低噪声的有效措施。功率再大，特别是大于500kW的电机，因笼条之间要产生较大的横向电流，扭斜时要权衡利弊。

转子扭斜后噪声降低的数值ΔL可用式（4-6）计算：

ΔL=20 lgK_sk[dB（A）] （4-6）

式中K_sk——斜槽系数，

b_sk——沿转子外圆扭斜弧长；

t₂——转子齿距；

μ ——转子绕组谐波次数；

z₂——转子槽数。

若为定子扭斜，将K_sk公式中的μ、z₂、t₂用γ、z₁、t₁代入即可。

由于这种扭斜容易引起附加轴向力，且在消除同步附加转矩和切向振动上不够彻底，近年来在中小型异步电机上又有采用“人字扭斜”的趋势，如图4-2所示。

图4-2 “人字扭斜”转子

德国西门子公司纽伦堡电机厂，将1989年投放市场的中小型笼型异步电机的铸铝转子除几百千瓦以上的少数规格外均改为人字扭斜的。中间用10mm的短路环将两段扭斜方向相反，并各扭斜一个定子齿距的1/2的转子联在一起。两段转子在中间错开半个定子齿距。

转子扭斜获得的降低噪声效果也很明显。在有些产品上试验，电磁噪声降低8～20dB[²]

（3）增大气隙σ，减小气隙的不均匀度 适当地加大气隙σ可以减小谐波磁场的幅值；减小气隙的不均匀度，并能使径向力波的幅值降低，都可使电磁振动及噪声随之降低。Sperling在350kW异步电机上将σ由1.0mm增至1.5mm后，其主要电磁噪声（1700Hz）降低了5dB[5]。σ由σ₁增至σ2后降低的噪声值ΔL可由式（4-7）计算：

ΔL=40 lg（σ₂/σ₁）（4-7）

由上式计算的ΔL与初始值σ₁选得是否合适有关，故与实测结果相比往往有误差，但作为分析，特别是定性分析，是完全可信的因素。确定σ值也与确定z₁/z₂类似——要兼顾多种制约因素。减小气隙不均匀度是制造的问题，应该按图样要求严格控制有关零部件的不同轴度。

（4）降低气隙磁密Bσ及轭部、齿部磁密B_j、B_t因为径向力波幅值与Bσ²成正比，所以降低Bσ可以降低电磁振动、噪声。当Bσ由Bσ1降至Bσ2时降低的噪声为

ΔL=40 lg（Bσ₁/Bσ₂） （4-8）

公式的形状与σ增大时类似，其计算结果也同理：ΔL的计算值与实测结果间的误差和初始值B_σ1的大小以及电机磁路的饱和程度有关。但此公式对设计者来说同样重要：它可以提示设计者，在电机的使用部门对噪声提出苛刻的要求时，尽可能选取低的Bσ。(www.daowen.com)

同样，Bσ与电机的技术经济指标也有千丝万缕的联系，这从第二章电磁设计中很容易得到结论。

B_j、B_t也不能过高，否则它们会起推波助澜的作用。比如，若齿磁密过高，使齿部磁路饱和，而使气隙磁密的分布变为平顶波，即气隙磁场中将含有高次谐波。于是饱和时，除产生极对数n′=n，频率f′=f的正常力波外，还要产生极对数为n，=p±2p_j，，频率为f=f±f_1j′的力波，并产生相应的振动和噪声（j′=1，2，3，…；f =f′为基波频率；p为极对数）。

（5）缩小定、转子槽口宽度，或采用闭口槽、采用磁性槽楔 这样可以减小气隙磁导谐波，亦可获得降低电磁振动及噪声的效果。

参考文献[2]介绍，260kW电机采用磁性槽楔后，噪声由95dB降至90dB。

（6）选择合适的绕组及绕组节距 从降低噪声角度选择绕组的形式及绕组节距的出发点是设法减少其磁动势波形中的谐波含量。从这点考虑应优先采用双层绕组及正弦绕组，后者的双层绕组部分的节距也应取4/5～5/6。

但单层绕组因具有节省铜线和绝缘材料以及散热好、嵌线效率高的优点，仍被广为采用。这就需要设计者进行综合分析后择定。比如，若对噪声有严格要求时，就应抛开单层绕组的以上优点，选择双层或正弦绕组。德国西门子公司的纽伦堡电机厂，为使上述优点见到效益而广泛采用单层绕组，同时为补救它的谐波含量高的不足，全面采用“人字扭斜”的铸铝转子，使振动、噪声值不超过标准规定。

（7）在绕组的接法上充分地考虑磁场分布的对称性 为了“对称”，尽量使并联路数a=2p（极数）；或如果a<2p，在串联每路绕组时应采用隔极相连。若采用均压线则效果就更好。

在三相4极的电机上进行的试验，采用4路或2路比1路时噪声要降低几分贝至十几分贝^[5]，见表4-4。

表4-44 极电机在采用2路、4路接法时噪声降低值

（8）定子铁心的轭部应尽量高 增加定子铁心轭高h_j1是为了提高其刚度。当铁心产生振动时，其振动幅值近似与h_j1²成反比[⁵]，且声功率正比于振幅的二次方。则当h_j1由h_j11增加至h_j12时，可使噪声近似地降低ΔL。

ΔL=10 lg（h_j12/h_j11）=60 lg（h_j12/hj11）（dB）（4_-9）

上式提示设计者h_j1对噪声有较大影响。在设计时，根据具体情况，不能单凭轭部磁密的允许范围选取h_j1。比如，若从径向尺寸的安排上还有余地；或者机座比较单薄；或者使用部门对噪声指标要求严格，就应该适当地增加h_j1。

（9）为使磁场均匀分布应将铁心叠片交错叠装 不均匀的磁场会产生2倍转差频率的电磁噪声。为减小因硅钢片各向不均匀性破坏铁心磁场的对称性，冲片宜打乱硅钢片的轧制方向叠装。对于定子铁心，冲槽前可将一台电机的方料分成几摞（中小型电机可分4摞），冲槽时各摞冲片之间保持互不相同的轧制方向；对于铸铝转子，在叠片时不必分摞，而将方料轧制方向打乱后冲槽即可。打乱得越彻底，效果越佳。若转子冲片上带键槽的轴孔与定子冲片是一次冲成的，则只能按定子的摞数依次冲槽、叠装。

在小电机的转子上试验：打乱硅钢片轧制方向叠装与不打乱轧制方向的相比，装成电机后试验，在1039～1339Hz的声频范围内噪声平均降低10dB^[5]。

（10）防止共振^[2]以电磁噪声为主的电机所产生的共振现象，若能避免则可大大地降低其噪声。

1）判断一台电机是否存在共振现象的一般步骤如下。

①列出电机气隙磁场产生的力波表，找出主要力波，计算主要力波的频率和阶数。

②估算电机的固有频率。

③检验主要力波的频率和固有频率是否接近或一致，当两者相对的差值在5%以内时，即认为将发生共振现象。

2）避免产生共振的措施。共振现象的发生可能是定子的共振、端盖的共振、转子的共振，甚至整机的共振，但产生共振的可能性最大，危害性也最大的是机座与铁心构成一体后的“定子共振”。以下的措施及计算都是针对定子而言的。

①提高定子刚度。可分别从铁心及机座上采取措施，见本节一之（8）及第三章。

②提高力波阶数。可通过选择合适的槽配合等措施实现。

③按以下方法对固有频率进行测算，采取措施避开共振的频率范围。

3）定子固有频率的计算。封闭式电机，并且铁心与机座又是紧紧地配合成一体的结构在中小型异步电机中占绝大多数，其定子的固有频率计算表达式为[²]

式中n——力波阶数，算法见前；

g——重力加速度，g=980cm/s²；

E₁——铁心的弹性模量，E₁=2.0×10⁷N/cm²；

E₂——铸铁机座弹性模量，E₂=1.029×10⁷N/cm²，钢板机座时，E₁=E₂；

h₁、h₂——计算惯性矩时铁心、机座断面的厚（高）度（cm）；

l₁、l₂——铁心，机座的长度（cm）；

R₁、R₂——铁心，机座的平均半径（cm）；

m₁、m₂——铁心（包括绕组）、机座的质量（kg）；

F_n1、F_n2——系数、分别按h₁/R₁，h₂/R₂及力波阶数由图4-3查取。

（11）减少噪声的辐射

1）提高定子铁心和机座连接的紧密程度，这主要是针对大中型电机，机座与铁心采用借助于纵筋连在一起的结构。

2）加阻尼措施，比如在铁心与机座之间填充铝粉或环氧树脂之类的阻尼材料（这主要是针对外装压铁心，装压前将阻尼材料涂在铁心外圆表面）。

3）尽量将电机设计成短粗的，从减少声音辐射量考虑，短粗电机比细长的有利。但确定这一比例关系（L/τ）的因素很多，特别是系列产品，不容随意选择L/τ。如果条件具备，比如电机尺寸可以随意设计，噪声又被限制得很严，这也不失为一项措施。

以上列出降低电磁振动、噪声的11项措施，归纳起来它们是针对以下4个方面提出的。

图4-3 不同力波阶数的F值

1）设法减少气隙磁场中谐波的含量。

2）设法使磁场、磁路对称；减小气隙磁导的变化率。

3）设法消除低阶力波。

4）设法避开共振；抑制噪声的辐射。

在11项措施中，优选槽配合、增大气隙、降低磁路的饱和程度及采用斜槽是降低电磁振动及噪声效果明显的几项措施。而至关重要的一点则是设法消除低阶的电磁力波。