電源諧波與空調(diào)器噪聲振動關(guān)系

黃 輝，蘭江華

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海519070）

電源諧波與空調(diào)器噪聲振動關(guān)系

黃 輝，蘭江華

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海519070）

在空調(diào)器的實際使用中，經(jīng)常會出現(xiàn)令人煩惱的異常振動和噪聲。主要原因是由于電力系統(tǒng)中非線性的負荷增大，電網(wǎng)的電流諧波成了嚴重的干擾。通過空調(diào)外掛壓縮機及管路系統(tǒng)實例的分析，探索了在一些諧波下形成振動和噪聲的機理，從而提出了解決空調(diào)機抗諧波干擾問題的渠道，對于工程實踐具有參考意義。

振動與波；諧波；電磁噪聲；異常振動；諧波電壓限值；抗諧波能力

ability to resist harmonic wave

對于工頻50 Hz的電力系統(tǒng)而言，電壓電流實時波形通過離散傅里葉分析后得到一系列頻譜分量，通常將這些頻譜分量中工頻整數(shù)倍的頻譜分量定義為諧波，而頻率為工頻整數(shù)倍的分量稱為間諧波[1]。在國標(biāo)中由于電壓比電流標(biāo)準(zhǔn)相對更嚴格，因此,電源質(zhì)量主要由電壓總諧波畸變率和第h次諧波電壓含有率、第ih次間諧波電壓含有率IHRUih來評價如公式1—5所示[1，2]。

第h次諧波電壓含有率HRUh

式中

式中

UH——為諧波電壓含量，其計算公式如下

Uh——第h次諧波電壓均方根值；

U1——基波電壓均方根值。

電壓總諧波畸變率THDu

式中

Uih——第ih次間諧波電壓，其計算公式為

第ih次間諧波電壓含有率IHRUih

1 諧波間諧波與空調(diào)噪聲振動關(guān)系

電網(wǎng)中的諧波和間諧波對空調(diào)器產(chǎn)品的噪聲振動有著不容忽視的影響。在處理空調(diào)器噪聲振動問題時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分在廠內(nèi)測試時合格的產(chǎn)品，而一旦安裝到客戶家后就出現(xiàn)異常振動或難聽的噪聲而受到客戶投訴。下面以兩個典型案例來進行分析。

1.1 諧波導(dǎo)致的空調(diào)電機電磁噪聲

某客戶新裝內(nèi)機多臺出現(xiàn)低頻噪聲大問題，經(jīng)現(xiàn)場測試噪聲頻率多在300 Hz到500 Hz。將自帶合格電機和風(fēng)葉換上后該問題依然存在。后對客戶電源品質(zhì)進行測量發(fā)現(xiàn)其電源7、9、11次奇次諧波含量較高，如下表1。

為此，將該問題產(chǎn)品帶回實驗室進行變諧波含量噪聲測試，結(jié)果如下表2。

由表2可知電源中奇次諧波的存在是導(dǎo)致電機產(chǎn)生低頻噪聲的主要誘因。另對電機固有頻率進行測試發(fā)現(xiàn)電機一階固頻為936 Hz，因此可排除電機發(fā)生共振的可能性[3]。即空調(diào)內(nèi)機產(chǎn)生低頻噪聲主要原因是電機本身抗諧波能力不足所致。從表2還可以發(fā)現(xiàn)電機諧波噪聲頻率與諧波次數(shù)有公式6所示關(guān)系

式中

f——為電磁噪聲頻率；

i——為諧波次數(shù)；

f0——為電網(wǎng)頻率。

1.2 間諧波與空調(diào)噪聲振動關(guān)系

在研究處理某空調(diào)管路系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變嚴重超標(biāo)問題時，發(fā)現(xiàn)空調(diào)外機壓縮機及管路系統(tǒng)抖動嚴重且噪聲大。圖1所示是空調(diào)發(fā)生異常抖振時壓縮機缸體振動位移譜。從圖中可知在23 Hz處位移峰值高達為533.9 um，在47.5 Hz處位移峰值為206.5 um。該空調(diào)壓縮機額定轉(zhuǎn)速為2 880 r/min；因此47.5 Hz為壓縮機運行基頻，而23 Hz的異常振動的原因就需要進行探索。

圖1 異常振動時壓縮機位移譜

由文獻[4，5]可知旋轉(zhuǎn)機械出現(xiàn)類似1/2次諧波振動的原因主要有：

(1)零件松動（擺動、偏斜、間隙）及非線性因素；

(2)油膜渦動；

(3)蒸汽激振。通過對問題空調(diào)壓縮機單機振動測試和解剖分析可排除原因(1)(2)，另外空調(diào)系統(tǒng)中不存在蒸汽激振因此原因(3)也可排除。

為了徹底查找異常振動原因，對轉(zhuǎn)子模態(tài)進行了仿真分析，結(jié)果如表3所示。同時對壓縮機及減震墊圈系統(tǒng)固有頻率進行了測試，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出壓縮機系統(tǒng)1、2階固有頻率分別為23.1 Hz、24.2 Hz。另外，對實驗室電源品質(zhì)進行了測試分析如圖3所示[6]。根據(jù)圖2圖3可以推斷：電源含有的26 Hz間諧波與空調(diào)壓縮機系統(tǒng)固有頻率23.1 Hz接近，是導(dǎo)致空調(diào)壓縮機管路系統(tǒng)發(fā)生異常抖振的原因。

表1 某客戶電源諧波含量實測值

表2 諧波含量與噪聲頻率及大小關(guān)系

表3 壓縮機轉(zhuǎn)子組件模態(tài)分析結(jié)果

圖2 壓縮機系統(tǒng)固有頻率

圖3 空調(diào)異常振動時電源品質(zhì)示波器監(jiān)測圖

為了確證上述推論，根據(jù)諧波電源合成原理及公式7，用Excell編制了如表4所示的電源頻率和諧波含量均可以隨意調(diào)整的諧波電源發(fā)生器。

表4 諧波電源發(fā)生器

式中

Us——為設(shè)定電壓；

U——為基頻電壓；

X1、X2、Xn——為諧波百分含量。

通過實驗可得電源26 Hz的間諧波含量大小與空調(diào)外機壓縮機管路系統(tǒng)振動關(guān)系如表5所示。從表中可以明顯看出間諧波含量越高空調(diào)振動越嚴重。

表5 26 Hz間諧波含量與空調(diào)異常抖振的關(guān)系

因此，可以證明電源本身存在的26 Hz間諧波與壓縮機管路系統(tǒng)固頻23.1 Hz接近而發(fā)生共振是導(dǎo)致空調(diào)外機出現(xiàn)劇烈振動的根本原因。

2 空調(diào)器抗諧波間諧波能力探討

正如前文所述無論是電源的奇次諧波還是間諧波當(dāng)其含量達到一定值時，就會對部分空調(diào)器電機及壓縮機造成影響，使其產(chǎn)生比較嚴重的噪聲振動問題，因此提高空調(diào)器產(chǎn)品的抗諧波能力就顯得尤為重要。

2.1 諧波間諧波電壓限值

表6為部分國家諧波電壓允許值，表7為部分國家間諧波允許值[1，2，7—11]。從表中可知空調(diào)器應(yīng)具備抗電壓為4%含量的奇、偶次諧波的能力和抗電壓含量為0.2%的間諧波能力。

2.2 空調(diào)器抗諧波間諧波能力

提高空調(diào)器抗諧波能力可從兩方面進行：一方面根據(jù)諧波及間諧波頻率特點，在設(shè)計電機和壓縮機時使其固有頻率避開電壓諧波頻率和間諧波頻率；另一方面從電機設(shè)計入手，例如適當(dāng)增大定轉(zhuǎn)子氣隙降低電磁激振力，選擇合適的齒槽配合避免一階2階齒諧波頻率與電源諧波及間諧波頻率相接近；選擇合適的電容使電機逆序電流盡可能小，磁場圓度盡可能圓；選擇合適的疊厚及額部厚度等等，均可一定程度提高電機的抗諧波能力。

表6 部分國家電網(wǎng)諧波電壓允許值

表7 部分國家間諧波電壓限值

3 結(jié)語

(1)通過內(nèi)機案例說明了電源奇次諧波電壓含量達到一定值時會使部分空調(diào)器出現(xiàn)嚴重的噪聲振動問題；

(2)通過間諧波電壓含量與空調(diào)外機的實驗研究，證明了26 Hz間諧波是導(dǎo)致某空調(diào)外機發(fā)生23 Hz異常振動的根本誘因；

(3)本文可為空調(diào)器噪聲振動問題處理和空調(diào)器電機及壓縮機的優(yōu)化設(shè)計提供有益的參考。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 24337-2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]全國電壓電流等級和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 14549-1993[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993.

[3]蘭江華.變頻磁阻電機降噪技術(shù)研究[J].噪聲與振動控制，2013，33(1)：208-211.

[4]張學(xué)延.汽輪發(fā)電機組振動診斷[M].北京：中國電力出版社，2008：40-41.

[5]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2008：5-36.

[6]Agilent安捷倫示波器中文說明書[M].美國安捷倫公司，2011：1-171.

[7]張直平.城市電網(wǎng)諧波手冊[M].北京：中國電力出版社，2001：275

[8]IEEE Std 519-1992 IEEE[S].Recommended practices and requirements for harmonic control in electrical power system.

[9]Engineering Recommendation G5/4 Planning levels for harmonic voltage distortion and the connection of nonlinear equipment to transm ission systems and distribution networks in the United Kingdom[R].The Electricity Association in February 2001.

[10]Engineering Recommendation G5/3,Lim its for harmonics in the United Kingdom electricity supply system[S].The Electricity Council Chief Engineers Conference.UK, Sep.1976.

[11]林海雪.幾種國外諧波電壓標(biāo)準(zhǔn)的分析[J].供用電，2008，25(3)：4-11.

Relationship between Harmonic Wave of Power Supply and Noise Vibration ofAir Conditioners

HUANG Hui,LAN Jiang-hua

（Gree Electric Appliances.Inc.of Zhuhai,Zhuhai 519070,Guangdong China)

In the operation of air conditioners,the abnormal noise and vibration may occur very often.The main reason is the serious disturbance of the current wave due to the increase of the non-linear loading in the electric power systems.In this paper,by analyzing the compressors and pipeline systems of the air conditioners,the mechanism of noise and vibration due to the harmonic waves is discussed.Some measures for resisting the disturbance of the harmonic waves are suggested.This work may provide some reference for engineering practice.

vibration and wave;harmonic wave;electromagnetic noise;abnormal vibration;harmonic voltage limit;

1006-1355(2014)04-0219-04

TB53；TB535 < class="emphasis_bold">文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.048

2013-10-26

黃 輝（1969-），男，湖南長沙人，工程師，研究方向空調(diào)新技術(shù)研究與開發(fā)。

E-mail:grcad@126.com

蘭江華（1978-），男，江西高安人，工程師，研究方向空調(diào)噪聲振動技術(shù)。

E-mail:afuture0518@163.com