风机噪声的理论分析与解决方案

1、第25卷 第4期2005年4月煤气与热力 Vo.l25No.4GAS&HEATApr.2005风机噪声的理论分析与解决方案石 伟(唐山市热力工程设计院,河北唐山063000)摘 要: 对由变频器输出中的高次谐波造成电动机运转噪声增大及载波频率与风机共振造成风机噪声的原因进行了理论分析,提出了解决方案。关键词: 噪声; 风机; 变频器; 高次谐波; 载波频率中图分类号:TU995 文献标识码:B 文章编号:1000-4416(2005)04-0066-03TheoreticalAnalysisandSolutionsonFanNoiseSHIWei(TangshanHeatingpowe

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

3、se; fan; frequencyconverter; higherharmonic; carrierwavefrequency高低决定了变频器输出电压(电流)PWM脉冲数的多少,即标志着输出波形的质量,载波频率越高,输1出电压(电流)波形越好。为了使异步电机在进行调速运转时能够更加平滑,目前在变频器中多采用正弦波PWM控制方式。正弦波PWM控制方式是指通过改变PWM输出的脉冲宽度,使输出电压的平均值接近于正弦波。这种控制方式简单,成本低,但当载波频率不合适时会产生较大的电动机运转噪声。2 高次谐波的产生与电动机噪声理想的电力系统中,电流和电压的波形都是纯粹的正弦波。在只含线性负载元件(电阻

4、、电容及电感)的简单电路里,流过线性负载元件的电流和电压成正比,线性负荷下的电流、电压波形见图1。当电路中含非线性负荷时,就形成非正弦电流。负荷为简单的全波整流器及电容时电流、电压波形见图2。在这种情况下只有在电源电压超过电容器储存的电压时,即接近正弦波电压峰值附近时电流才流通。实际上,负荷线以及由它产生的电流波形曲线比图2所示的更为复杂,它的线形可以是某种非某锅炉房技术改造时改用变频器控制风机,节能效果不错,但风机噪声比以前增大了,最近2号风机噪声变得更大。经过现场检查和试验,分析结果为:2号风机噪声是由变频器输出的载波频率与风机振动频率相同(共振)造成的,其他风机噪声增大是由变频器输出的高

5、次谐波造成的。本文对2号风机及其他风机噪声增大的原因进行理论分析并讨论解决方案。1 变频器输出载波频率与风机噪声在检查中发现,2号风机扇叶根部由于机械疲劳已产生轻微裂痕,造成2号风机整体振动频率恰好与变频器输出载波频率相同,其他风机无此现象。风机使用的变频器是脉冲宽度调制(PulseWidthModlation,简称PWM)晶体管变频器。PWM晶体管变频器是应用较广的一种变频器。PWM控制是在逆变电路部分同时对输出电压(电流)的幅值和频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中,以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件的开闭进行控制,并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压(电流)的目的。载波频率的第

6、4期 石 伟:风机噪声的理论分析与解决方案 第25卷对称的、磁滞形的或转折形的,并且其斜率也是随负荷变化的。一般的SMPS(开关模式电源)就属这种情况。图4 谐波与基波叠加的电流波形Fig.4 Currentwaveformoverlappedbyharmonicandfirstharmonic导体开关器件,在输出电压和电流中除了基波之外还含有一定的高次谐波成分。谐波畸变加大了电动机的损耗,这是由于谐波会产生附加的损耗。每个谐波分量都有自身的相序(正序、逆序和零序),它表示在电动机中相对于基波磁场的正向的旋转方向。零序谐波产生不变动的磁场,增大了磁滞损耗,使电机温度升高。逆序的谐波因产生反向旋

7、转的磁场,使电动机的转矩下降。正序谐波因产生正向旋转磁场而加大转矩,它和逆序分量一起,造成电动机的振动,使风机噪声增大。3 解决方案3.1 2号风机噪声增加的解决方案图2 非线性负荷下的电流、电压波形Fig.2 Currentandvoltagewaveformatnonlinearityload图1 线性负荷下的电流、电压波形Fig.1 Currentandvoltagewaveformatlinearityload 换风机扇叶。 改变变频器输出载波频率。为了克服输出载波频率不合适对电动机的不良影响,在许多采用PWM控制方式变频器中都具有一个可以改变变频器载波频率的功能,以便用户根据需要调整

8、。3.2 其他风机噪声增加的解决方案 换用低噪声变频器。 加装输出电抗器,对变频输出进行平滑处理。电抗器是一种电感元件,是电气保护装置主要组成部分之一,它起着限制涌流,抑制电力谐波等重要作用。根据其使用目的,可以分为输入用电抗器和输出用电抗器。接在电源与用电设备之间的输入用电抗器主要作用是改善功率因数和实现驱动系统与电源间的匹配;接在驱动系统与电动机间的输出用电抗器主要作任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上若干谐波频率正弦波。谐波频率是基频的整倍数。图2中的畸变电流波形就可以用基波加上一定比例的二次谐波,再加上一定比例的三次谐波,可能直到更高次谐波来表示(见图3)。图3 周期性电流波形分

9、解Fig.3 Resolutionofperiodiccurrentwaveform用是降低电动机的运行噪声。在选择电抗器电感容量2时,一般可以根据下式进行计算: L=AU2PfI图4为一个带20%的三次谐波和10%的五次谐波之和的电流波形。实际上大多数畸变的电流波形比图3中的要复杂。由于变频器整流电路和逆变电路中使用了半式中 L)电感容量,HA)系数,取0.020.05U)额定电压,V第4期 煤气与热力 第25卷械工业出版社,1995.2 原魁,刘伟强.变频器基础及应用M.北京:冶金工业出版社,2003.f)最大电流频率,HzI)额定电流,A4 结语目前,变频器的使用越来越普遍,由变频器产生

10、的高次谐波对电源及周边设备带来的不良影响是在设计和选择使用变频器时应当注意的一个重要问题。参考文献:1 满永奎,吴成东.通用变频器及其应用M.北京:机作者简介:石伟(1972- ), 男, 天津人, 工程师, 学士, 从事电气、仪表工程设计工作。电话:(0315)2024597E-mail:10we收稿日期:2004-07-20#信息#2005年中国国际燃气技术与设备展览会参展申请表本单位决定参加2005年11月1日)6日在深圳举办的/2005年中国国际燃气技术与设备展览会0,并保证支付各项参展费用,服从大会统一安排(详情请参阅煤气与热力05年第3、5期广告)。单位名称中 文英 文通讯地址电 话展览会负责人传 真职 务邮 编电子信箱公司简介(限500字内,空间不够请另附一页)以上内容免费刊登在会刊上,请认真填写,字迹清晰标准展位9平方米(3m3m)租 用备注:个(9000元人民币/个)室内光地 平方米(850元人民币/m2,36平方米起租)如