Computational investigations of acoustic radiation from end shields of small-power electrical motor

• Autorzy: Karkosiński D.

Warianty tytułu

PL

Obliczeniowe badania hałasu emitowanego przez tarcze łożyskowe silników elektrycznych małej mocy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a survey of the modeling methods applied for description of the acoustic properties of electrical machines. The neglected, so far, role of the motor end shields in the noise radiation caused by the small power motors has been pointed out. A set of useful analytical formulae based on the wave equation for the velocity potential is pointed out. They refer to the calculations of the acoustic pressure distribution, sound intensity and the acoustic power in vicinity of the motor end shield. A computational results for dominant spectra components are presented. The applied research procedure is also presented. It comprises simultaneous FFT analysis of the motor noise and vibrations and leads to the determination of the operating vibration modes of the end shield and the sound intensity distribution. Test results obtained for the dominant spectra components of the small-power induction motor are compared with the calculated acoustic power level of the same machine.

PL

W artykule omówiono rozwój metod modelowania własności akustycznych maszyn elektrycznych. Wskazano na pomijalny dotąd, znaczący udział drgań tarcz łożyskowych w emitowaniu hałasu przez silniki małej mocy. Na podstawie równania falowego potencjału prędkości wyprowadzono analityczne formuły do obliczeń akustycznych w polu bliskim tarczy łożyskowej. Zamieszczono uzyskane z serii obliczeń dla pracującego silnika, rozkłady ciśnienia akustycznego i natężenia dźwięku na płaszczyznach i półsferze w sąsiedztwie tarczy. Przedstawiono procedurę badawczą, w której poprzez jednoczesną analizę FFT drgań i hałasu wyznaczane są eksploatacyjne formy drgań tarczy oraz rozkłady natężenia dźwięku. Wyniki pomiarów dla dominujących składowych częstotliwościowych silnika asynchronicznego małej mocy porównano z wyznaczonym z obliczeń poziomem mocy akustycznej.

Słowa kluczowe

EN

electrical motor; vibrations; acoustic noise

PL

silniki elektryczne; drgania; hałas

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 56, nr 3-4
• Strony: 265--277
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karkosiński D.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdansk University of Technology,

Bibliografia

• 1. Alger P.L.: The Magnetic Noise of Polyphase Induction Motors. AIEE Transactions 1954, pp. 118-125.
• 2. Alger P.L., Erdelyi E.: Calculation of the magnetic noise of polyphase induction motors. Journal Acoust. Soc. Am. 1956, Vol. 28, pp. 1063-1067.
• 3. Bai M.R., Tsao M.: Estimation of sound power of baffled planar sources using radiation matrices. Journal of the Acoustical Society of America 2002, Vol. 112, No. 3, pp. 876-883.
• 4. Bauer T., Monzel C, Henneberger G.: Three-dimensional calculation of the acoustic behaviour of electrical machines using boundary element method. Vibrations and Acoustic Noise of Electric Machinery VANEM'1998, Bethune, 25-26 May 1998, France, pp. 69-73.
• 5. CarslonR., Neves C.G.C., Sadowski N., Soeiro N.S.: Calculation of electromagnetic-mechanic-acoustic behaviour of a squirrel-cage induction motor. 2nd International Seminar on Vibration and Acoustic Noise of Electric Machinery VANEM'2000, 1-3 June Łódź, pp. 27-31.
• 6. Carter F.W.: Magnetic noise in dynamo-electric machines. Engineering 1932. Vol. 134. pp. 548-551,579-581.
• 7. Ellison A.J., Moore C.J.: Acoustic-noise and vibration of rotating electrical machines. Proc. IEE 1968, Vol. 115, No. 1, pp. 1633-1640.
• 8. Ellison A.J., Yang S.J.: Calculation of Acoustic Power Radiated by an Electric Machine. Acustica 1971, Vol. 25, No. 1, pp. 28-34.
• 9. Erdelyi E.: Predetermination of Sound Pressure Levels of Magnetic Polyphase Induction Motors. AIEE Trans. 1955, Vol. 74, pp. 1269-1280.
• 10. Fenlon F.H.: Calculation of the acoustic radiation field at the surface of a finite cylinder by the method of weighted residua. Proc. IEEE 1969, Vol. 57, pp. 291-306.
• 11. Filippi P., Bergassoli A., Habault D., Lefebvre J-P.: Acoustic. Basic physics, theory and methods, modal testing: theory and practice. Academic Press, London 1998.
• 12. Gibbs G.P., Clark R.L., Cox D.E., Vipperman J.S.: Radiation modal expansion: Application to active structural acoustic control. Journal of the Acoustical Society of America 2000, Vol. 96, No. 4, pp. 2302-2312.
• 13. Gieras J.F., Wang Ch., Lai J.Ch.: Noise of polyphase electric motors. CRC Taylor & Francis Group, Boca Raton 2006.
• 14. Jordan H.: Geräuscharme Elektromotoren. V. Girardet, Essen 1950.
• 15. Junger M.C., Feit D.: Sound, Structures, and Their Interactions. MIT Press. New York 1985.
• 16. Karkosiński D., Wołejko M., Mosoń I: Experimental determination of induction motor's stator vibrational shapes for acoustic power level calculations. UPEC2003, 38'th International Universities Power Engineering Conference, 1-3 September 2003, Thessaloniki, Greece, pp. 17-20.
• 17. Karkosiński D.: Zjawiska wibroakustyczne w asynchronicznych silnikach klatkowych (Vibroacoustic phenomena in squirrel-cage induction motors — in Polish). Politechnika Gdańska, monografie nr 69, Gdańsk 2006.
• 18. Karkosiński D.: Pomiarowa analiza właściwości wibroakustycznych tarcz łożyskowych silników elektrycznych (Measuring analysis of vibroacoustic properties of bearing shields in electric motors —in Polish). Pomiary Automatyka Kontrola, 2007, nr 4, pp. 35-40.
• 19. Keltie R.F., Peng H.: The effect of modal coupling on the acoustic radiation from panels. ASME Trans. J. Vib.Acoust. Stress Reliabil. Des. 1987, Vol. 109, pp. 48-53.
• 20. Lemaire-Semail B., Brochet C, Rrombaut C: Asynchronous machine electromagnetic noise analysis using finite element method for determination of torque harmonics. ICEM'92, Vol. 2, pp. 1005-1009.
• 21. Lee H., Singh R.: Radiation from a disk brake rotor using a semi-analytical method. SAE N&V Conference, Traverse City, Michigan, May 5-8, 2003, 03NVC-229.
• 22. Lee M.R., Singh R.: Analytical formulations for annular disk sound radiation using structural modes. Journal of the Acoustical Society of America 1994, Vol. 95, No. 6. pp. 3311-3323.
• 23. Levine H., Leppington F.G.: A note on the acoustic power output of circular plate. Journal of Sound and Vibration 1988, Vol. 121, No. 5, pp. 269-275.
• 24. Rdzanek Jr. W.R., Engel Z.: Asymptotic formula for the acoustic power output of clamped annular plate. Applied Acoustic 2000, Vol. 60, No. 5, pp. 29-33.
• 25. Stephanishen P.R.: Radiated power and radiation loading of cylindrical surfaces with nonuniform velocity distribution. Journal Acoust. Soc. Am. 1978, Vol. 63, No. 2, pp. 328-338.
• 26. Wang C, Lai J.C.S.: The sound radiation efficiency of finite length circular cylindrical shells under mechanical excitation I: Theoretical analysis. Journal of Sound and Vibration 2000. Vol. 232. No. 2, pp. 431-447.
• 27. Wiliams W., Parke N.G., Moran D.A., Sherman C.H.: Acoustic Radiation from a Finite Cylinder. The Journal of the Acoustical Society of America 1964, Vol. 36, No. 12, pp. 2317-2322.
• 28. Wodtke H.W., Lamancusa J.S.: Sound power minimization of circular plates through damping layer placement. Journal of Sound and Vibration 1998, Vol. 215, No. 5, pp. 1145-1163.
• 29. Yang S.J.: Effect of length-diameter ratio on noise radiation from an electrical machine. Acustica 1975, Vol. 32. No. 4, pp. 255-261.
• 30. Zhu Z.Q., Chen Y.X.: On the calculation of acoustic power radiated by an electrical machines and drives. IEE Conf. Pub. 1987, Vol. 282, pp. 118-121.
• 31. Zhu Z.Q., Xu L., Howe D., Sarbu M.A., De meter E.: New aspects of acoustic noise radiated from 3-phase induction machines. 2nd International seminar on Vibration and Acoustic Noise of Electric Machinery VANEM'2000, 1-3 June Łódź, pp. 139-43.