風(fēng)機(jī)噪聲的理論分析與解決方案

1、第25卷 第4期2005年4月煤氣與熱力 Vo.l25No.4GAS&HEATApr.2005風(fēng)機(jī)噪聲的理論分析與解決方案石 偉(唐山市熱力工程設(shè)計(jì)院,河北唐山063000)摘 要: 對(duì)由變頻器輸出中的高次諧波造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲增大及載波頻率與風(fēng)機(jī)共振造成風(fēng)機(jī)噪聲的原因進(jìn)行了理論分析,提出了解決方案。關(guān)鍵詞: 噪聲; 風(fēng)機(jī); 變頻器; 高次諧波; 載波頻率中圖分類(lèi)號(hào):TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1000-4416(2005)04-0066-03TheoreticalAnalysisandSolutionsonFanNoiseSHIWei(TangshanHeatingpowe

2、rEngineeringDesignInstitute,Tangshan063000,China)Abstract: Thetheoreticalanalysisismadeonthereasonswhytheaggrandizementofmotornoiseiscausedbyhigherharmonicintheoutputoffrequencyconverter,andwhyfannoiseisinducedbytheres-onanceofcarrierwavefrequencyandfan,andthesolutionschemeisputforward. Keywords:noi

3、se; fan; frequencyconverter; higherharmonic; carrierwavefrequency高低決定了變頻器輸出電壓(電流)PWM脈沖數(shù)的多少,即標(biāo)志著輸出波形的質(zhì)量,載波頻率越高,輸1出電壓(電流)波形越好。為了使異步電機(jī)在進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠更加平滑,目前在變頻器中多采用正弦波PWM控制方式。正弦波PWM控制方式是指通過(guò)改變PWM輸出的脈沖寬度,使輸出電壓的平均值接近于正弦波。這種控制方式簡(jiǎn)單,成本低,但當(dāng)載波頻率不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。2 高次諧波的產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)噪聲理想的電力系統(tǒng)中,電流和電壓的波形都是純粹的正弦波。在只含線性負(fù)載元件(電阻

4、、電容及電感)的簡(jiǎn)單電路里,流過(guò)線性負(fù)載元件的電流和電壓成正比,線性負(fù)荷下的電流、電壓波形見(jiàn)圖1。當(dāng)電路中含非線性負(fù)荷時(shí),就形成非正弦電流。負(fù)荷為簡(jiǎn)單的全波整流器及電容時(shí)電流、電壓波形見(jiàn)圖2。在這種情況下只有在電源電壓超過(guò)電容器儲(chǔ)存的電壓時(shí),即接近正弦波電壓峰值附近時(shí)電流才流通。實(shí)際上,負(fù)荷線以及由它產(chǎn)生的電流波形曲線比圖2所示的更為復(fù)雜,它的線形可以是某種非某鍋爐房技術(shù)改造時(shí)改用變頻器控制風(fēng)機(jī),節(jié)能效果不錯(cuò),但風(fēng)機(jī)噪聲比以前增大了,最近2號(hào)風(fēng)機(jī)噪聲變得更大。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和試驗(yàn),分析結(jié)果為:2號(hào)風(fēng)機(jī)噪聲是由變頻器輸出的載波頻率與風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻率相同(共振)造成的,其他風(fēng)機(jī)噪聲增大是由變頻器輸出的高

5、次諧波造成的。本文對(duì)2號(hào)風(fēng)機(jī)及其他風(fēng)機(jī)噪聲增大的原因進(jìn)行理論分析并討論解決方案。1 變頻器輸出載波頻率與風(fēng)機(jī)噪聲在檢查中發(fā)現(xiàn),2號(hào)風(fēng)機(jī)扇葉根部由于機(jī)械疲勞已產(chǎn)生輕微裂痕,造成2號(hào)風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)頻率恰好與變頻器輸出載波頻率相同,其他風(fēng)機(jī)無(wú)此現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)使用的變頻器是脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModlation,簡(jiǎn)稱PWM)晶體管變頻器。PWM晶體管變頻器是應(yīng)用較廣的一種變頻器。PWM控制是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓(電流)的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。在這種控制方式中,以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元器件的開(kāi)閉進(jìn)行控制,并通過(guò)改變輸出脈沖的寬度來(lái)達(dá)到控制電壓(電流)的目的。載波頻率的第

6、4期 石 偉:風(fēng)機(jī)噪聲的理論分析與解決方案 第25卷對(duì)稱的、磁滯形的或轉(zhuǎn)折形的,并且其斜率也是隨負(fù)荷變化的。一般的SMPS(開(kāi)關(guān)模式電源)就屬這種情況。圖4 諧波與基波疊加的電流波形Fig.4 Currentwaveformoverlappedbyharmonicandfirstharmonic導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件,在輸出電壓和電流中除了基波之外還含有一定的高次諧波成分。諧波畸變加大了電動(dòng)機(jī)的損耗,這是由于諧波會(huì)產(chǎn)生附加的損耗。每個(gè)諧波分量都有自身的相序(正序、逆序和零序),它表示在電動(dòng)機(jī)中相對(duì)于基波磁場(chǎng)的正向的旋轉(zhuǎn)方向。零序諧波產(chǎn)生不變動(dòng)的磁場(chǎng),增大了磁滯損耗,使電機(jī)溫度升高。逆序的諧波因產(chǎn)生反向旋

7、轉(zhuǎn)的磁場(chǎng),使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。正序諧波因產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而加大轉(zhuǎn)矩,它和逆序分量一起,造成電動(dòng)機(jī)的振動(dòng),使風(fēng)機(jī)噪聲增大。3 解決方案3.1 2號(hào)風(fēng)機(jī)噪聲增加的解決方案圖2 非線性負(fù)荷下的電流、電壓波形Fig.2 Currentandvoltagewaveformatnonlinearityload圖1 線性負(fù)荷下的電流、電壓波形Fig.1 Currentandvoltagewaveformatlinearityload 換風(fēng)機(jī)扇葉。 改變變頻器輸出載波頻率。為了克服輸出載波頻率不合適對(duì)電動(dòng)機(jī)的不良影響,在許多采用PWM控制方式變頻器中都具有一個(gè)可以改變變頻器載波頻率的功能,以便用戶根據(jù)需要調(diào)整

8、。3.2 其他風(fēng)機(jī)噪聲增加的解決方案 換用低噪聲變頻器。 加裝輸出電抗器,對(duì)變頻輸出進(jìn)行平滑處理。電抗器是一種電感元件,是電氣保護(hù)裝置主要組成部分之一,它起著限制涌流,抑制電力諧波等重要作用。根據(jù)其使用目的,可以分為輸入用電抗器和輸出用電抗器。接在電源與用電設(shè)備之間的輸入用電抗器主要作用是改善功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源間的匹配;接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)間的輸出用電抗器主要作任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦波加上若干諧波頻率正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)。圖2中的畸變電流波形就可以用基波加上一定比例的二次諧波,再加上一定比例的三次諧波,可能直到更高次諧波來(lái)表示(見(jiàn)圖3)。圖3 周期性電流波形分

9、解Fig.3 Resolutionofperiodiccurrentwaveform用是降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行噪聲。在選擇電抗器電感容量2時(shí),一般可以根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算: L=AU2PfI圖4為一個(gè)帶20%的三次諧波和10%的五次諧波之和的電流波形。實(shí)際上大多數(shù)畸變的電流波形比圖3中的要復(fù)雜。由于變頻器整流電路和逆變電路中使用了半式中 L)電感容量,HA)系數(shù),取0.020.05U)額定電壓,V第4期 煤氣與熱力 第25卷械工業(yè)出版社,1995.2 原魁,劉偉強(qiáng).變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用M.北京:冶金工業(yè)出版社,2003.f)最大電流頻率,HzI)額定電流,A4 結(jié)語(yǔ)目前,變頻器的使用越來(lái)越普遍,由變頻器產(chǎn)生

10、的高次諧波對(duì)電源及周邊設(shè)備帶來(lái)的不良影響是在設(shè)計(jì)和選擇使用變頻器時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的一個(gè)重要問(wèn)題。參考文獻(xiàn):1 滿永奎,吳成東.通用變頻器及其應(yīng)用M.北京:機(jī)作者簡(jiǎn)介:石偉(1972- ), 男, 天津人, 工程師, 學(xué)士, 從事電氣、儀表工程設(shè)計(jì)工作。電話:(0315)2024597E-mail:10we收稿日期:2004-07-20#信息#2005年中國(guó)國(guó)際燃?xì)饧夹g(shù)與設(shè)備展覽會(huì)參展申請(qǐng)表本單位決定參加2005年11月1日)6日在深圳舉辦的/2005年中國(guó)國(guó)際燃?xì)饧夹g(shù)與設(shè)備展覽會(huì)0,并保證支付各項(xiàng)參展費(fèi)用,服從大會(huì)統(tǒng)一安排(詳情請(qǐng)參閱煤氣與熱力05年第3、5期廣告)。單位名稱中 文英 文通訊地址電 話展覽會(huì)負(fù)責(zé)人傳 真職 務(wù)郵 編電子信箱公司簡(jiǎn)介(限500字內(nèi),空間不夠請(qǐng)另附一頁(yè))以上內(nèi)容免費(fèi)刊登在會(huì)刊上,請(qǐng)認(rèn)真填寫(xiě),字跡清晰標(biāo)準(zhǔn)展位9平方米(3m3m)租 用備注:個(gè)(9000元人民幣/個(gè))室內(nèi)光地 平方米(850元人民幣/m2,36平方米起租)如