磁饱和和磁致伸缩对电机振动和噪声的影响

（1）磁饱和。当电机在高频或过载等条件下运行时，电机铁心磁饱和程度增加，特别是定子齿靴处于高度磁饱和状态时，这等效于增大定子槽开口，齿槽效应增加，电压和电流波形变差，谐波增多，谐波电磁力增加，使得电机振动和噪声增加明显。

（2）磁致伸缩。铁磁材料在磁化过程中能够发生机械形变，该现象称为磁致伸缩。产生这种现象的原因是在铁磁物质中，磁化方向的改变会导致磁畴重新排列而形成晶体间距的变化，从而使铁磁体的长短或体积发生变化。

定子铁心由硅钢片叠压而成，在电机工作时，由于硅钢片的磁致伸缩会引起铁心内部发生变形和应力，使定子铁心随励磁频率的变化做周期性振动，从而会对电机的振动和噪声有一定的影响。

定义磁致伸缩系数Λ为当磁化密度由零增加到它的饱和值时，样本的长度变化值Δl与长度l的比值，即

磁致伸缩系数Λ可正可负。在第一种情况下，磁通密度增大引起样本膨胀；在第二种情况下，磁通密度增大引起样本收缩。电机在交变磁场的作用下，它的尺寸循环变化，图4-21所示为正弦波变化的磁通密度以及相应的随时间变化的磁致伸缩系数，磁致伸缩曲线Λ（t）可以用傅里叶级数变换为一个恒定分量和一系列的谐波函数，这些谐波在恒定分量确定的平均位置附近振动，这些振动的基波频率为磁通密度频率f的2倍，即

f_Λ=2f （4-39）(www.xing528.com)

在交流旋转电机中，磁致伸缩力基波的阶数为

图4-21 正弦磁通密度与磁致伸缩变化关系

r_Λ=2p （4-40）

可见，电机磁致伸缩引起的力波阶数频率与基波电磁力是一样的，力波阶数为电机的极数，力波频率为电源的2倍频。

对于静态机电能量转换器，如变压器、电感器等，磁致伸缩是引起振动和噪声的主要原因。对于交流旋转电机，需要考虑磁致伸缩对振动和噪声的影响。相关研究表明，在常规电机中，磁致伸缩力引起的定子振动响应要比电磁力引起的定子振动响应小两个数量级，对电机振动和噪声贡献较小。但在非晶合金永磁电机中，由于非晶合金材料具有磁致伸缩系数较大的缺陷，由此引起电机振动和噪声显著增大，因此，对于非晶合金永磁电机，磁致伸缩引起的振动和噪声问题不可忽略。