風機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風機噪聲的理論分析與解決方案石 偉(唐山市熱力工程設計院,河北唐山063000)摘 要: 對由變頻器輸出中的高次諧波造成電動機運轉噪聲增大及載波頻率與風機共振造成風機噪聲的原因進行了理論分析,提出了解決方案。關鍵詞: 噪聲; 風機; 變頻器; 高次諧波; 載波頻率中圖分類號:TU995 文獻標識碼:B 文章編號: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脈沖數的多少,即標志著輸出波形的質量,載波頻率越高,輸1出電壓(電流)波形越好。為了使異步電機在進行調速運轉時能夠更加平滑,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。這種控制方式簡單,成本低,但當載波頻率不合適時會產生較大的電動機運轉噪聲。2 高次諧波的產生與電動機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。在只含線性負載元件(電阻

4、、電容及電感)的簡單電路里,流過線性負載元件的電流和電壓成正比,線性負荷下的電流、電壓波形見圖1。當電路中含非線性負荷時,就形成非正弦電流。負荷為簡單的全波整流器及電容時電流、電壓波形見圖2。在這種情況下只有在電源電壓超過電容器儲存的電壓時,即接近正弦波電壓峰值附近時電流才流通。實際上,負荷線以及由它產生的電流波形曲線比圖2所示的更為復雜,它的線形可以是某種非某鍋爐房技術改造時改用變頻器控制風機,節(jié)能效果不錯,但風機噪聲比以前增大了,最近2號風機噪聲變得更大。經過現場檢查和試驗,分析結果為:2號風機噪聲是由變頻器輸出的載波頻率與風機振動頻率相同(共振)造成的,其他風機噪聲增大是由變頻器輸出的高

5、次諧波造成的。本文對2號風機及其他風機噪聲增大的原因進行理論分析并討論解決方案。1 變頻器輸出載波頻率與風機噪聲在檢查中發(fā)現,2號風機扇葉根部由于機械疲勞已產生輕微裂痕,造成2號風機整體振動頻率恰好與變頻器輸出載波頻率相同,其他風機無此現象。風機使用的變頻器是脈沖寬度調制(PulseWidthModlation,簡稱PWM)晶體管變頻器。PWM晶體管變頻器是應用較廣的一種變頻器。PWM控制是在逆變電路部分同時對輸出電壓(電流)的幅值和頻率進行控制的控制方式。在這種控制方式中,以較高頻率對逆變電路的半導體開關元器件的開閉進行控制,并通過改變輸出脈沖的寬度來達到控制電壓(電流)的目的。載波頻率的第

6、4期 石 偉:風機噪聲的理論分析與解決方案 第25卷對稱的、磁滯形的或轉折形的,并且其斜率也是隨負荷變化的。一般的SMPS(開關模式電源)就屬這種情況。圖4 諧波與基波疊加的電流波形Fig.4 Currentwaveformoverlappedbyharmonicandfirstharmonic導體開關器件,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機的損耗,這是由于諧波會產生附加的損耗。每個諧波分量都有自身的相序(正序、逆序和零序),它表示在電動機中相對于基波磁場的正向的旋轉方向。零序諧波產生不變動的磁場,增大了磁滯損耗,使電機溫度升高。逆序的諧波因產生反向旋

7、轉的磁場,使電動機的轉矩下降。正序諧波因產生正向旋轉磁場而加大轉矩,它和逆序分量一起,造成電動機的振動,使風機噪聲增大。3 解決方案3.1 2號風機噪聲增加的解決方案圖2 非線性負荷下的電流、電壓波形Fig.2 Currentandvoltagewaveformatnonlinearityload圖1 線性負荷下的電流、電壓波形Fig.1 Currentandvoltagewaveformatlinearityload 換風機扇葉。 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電動機的不良影響,在許多采用PWM控制方式變頻器中都具有一個可以改變變頻器載波頻率的功能,以便用戶根據需要調整

8、。3.2 其他風機噪聲增加的解決方案 換用低噪聲變頻器。 加裝輸出電抗器,對變頻輸出進行平滑處理。電抗器是一種電感元件,是電氣保護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。接在電源與用電設備之間的輸入用電抗器主要作用是改善功率因數和實現驅動系統(tǒng)與電源間的匹配;接在驅動系統(tǒng)與電動機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。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表示(見圖3)。圖3 周期性電流波形分

9、解Fig.3 Resolutionofperiodiccurrentwaveform用是降低電動機的運行噪聲。在選擇電抗器電感容量2時,一般可以根據下式進行計算: L=AU2PfI圖4為一個帶20%的三次諧波和10%的五次諧波之和的電流波形。實際上大多數畸變的電流波形比圖3中的要復雜。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,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.變頻器基礎及應用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 結語目前,變頻器的使用越來越普遍,由變頻器產生

10、的高次諧波對電源及周邊設備帶來的不良影響是在設計和選擇使用變頻器時應當注意的一個重要問題。參考文獻:1 滿永奎,吳成東.通用變頻器及其應用M.北京:機作者簡介:石偉(1972- ), 男, 天津人, 工程師, 學士, 從事電氣、儀表工程設計工作。電話:(0315)2024597E-mail:10we收稿日期:2004-07-20#信息#2005年中國國際燃氣技術與設備展覽會參展申請表本單位決定參加2005年11月1日)6日在深圳舉辦的/2005年中國國際燃氣技術與設備展覽會0,并保證支付各項參展費用,服從大會統(tǒng)一安排(詳情請參閱煤氣與熱力05年第3、5期廣告)。單位名稱中 文英 文通訊地址電 話展覽會負責人傳 真職 務郵 編電子信箱公司簡介(限500字內,空間不夠請另附一頁)以上內容免費刊登在會刊上,請認真填寫,字跡清晰標準展位9平方米(3m3m)租 用備注:個(9000元人民幣/個)室內光地 平方米(850元人民幣/m2,36平方米起租)如