某泵站水泵電動機噪音異常分析及處理

曹波，劉碩，晏明

(東方電氣集團(tuán)東方電機有限公司，四川 德陽 618000)

我公司為廣東某供水公司泵站提供了4臺三相立式同步電動機，電機帶負(fù)載運行時，出現(xiàn)較大噪聲并伴有尖嘯聲。電機主要參數(shù)如下：

型號：TL1000-12；

額定功率：1000kW；

額定電壓：6000V；

額定電流：112A；

額定轉(zhuǎn)速：500r/min；

極數(shù)：12。

1 數(shù)據(jù)測量

依據(jù)GB/T10069．1在電機上機架層中布置測點，即以突出上蓋板部分為測量基準(zhǔn)體，編號1#～4#測點分別在距離基準(zhǔn)體外表面1m遠(yuǎn)的包絡(luò)面上，測量電機額定運行時噪聲數(shù)據(jù)如表1，噪聲頻譜如圖1。隨后對電機停機，噪聲在斷電瞬間消失。

圖1 電機噪聲頻譜測試

表1 電機噪聲測量幅值（聲壓級）

結(jié)合以上測量數(shù)據(jù)和現(xiàn)象可以看出，噪聲的主要成分是電磁噪聲，頻段在900Hz。

2 原因分析

在同步電機中，存在著定子和轉(zhuǎn)子繞組磁勢的基波和高次諧波，同時存在氣隙磁導(dǎo)諧波，定子齒諧波，它們相互作用后，會在氣隙產(chǎn)生一系列組合的電磁力波，這些力波有著不同的幅值、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、節(jié)點數(shù)，尤其是一階齒諧波不會隨電機的短距系數(shù)及分布系數(shù)而削弱，是電磁噪聲產(chǎn)生的根本原因。

采用FLUX瞬態(tài)有限元，求解磁場諧波及電磁力波（見圖2）。

圖2 計算模型與剖分

計算結(jié)果表明：17、19次磁密諧波占比超過9%，屬于較大水平。本電機定子槽數(shù)Z1=108，極對數(shù)p=6，轉(zhuǎn)子17、19次諧波和定子一階齒諧波相互作用下，會產(chǎn)生0節(jié)點的900Hz電磁力波。

對負(fù)載電磁力波進(jìn)行分解（見圖3、圖4），隨著負(fù)載磁密的增加，900Hz分量的幅值大幅增加，從空載的每齒36．6N增加到了94N，增幅2．6倍，定子電樞反應(yīng)加強了900Hz電磁力波強度。

因此，電機的一階齒諧波與轉(zhuǎn)子17、19次高次諧波相互作用，產(chǎn)生頻率為900Hz、節(jié)點數(shù)為0的激振力，是產(chǎn)生900Hz噪聲的根本原因。

圖3 負(fù)載磁力線

圖4 900Hz電磁力分量

同時檢查發(fā)現(xiàn)，該電機定子壓圈、定子鐵心支撐籠剛度較弱，導(dǎo)致電機定子整體剛強度不足。在相同的電磁激振力作用下，剛度較弱的電機定子其振動幅值較大，傳遞出的噪聲會明顯高于剛度大的電機。

3 處理方案

3.1 斜極

通過分析計算，斜極/斜槽后，900Hz電磁力不再具有呼吸效應(yīng)。在整個軸向上，每一小段鐵心所受的電磁力的相位從0到360度均勻分布，所以整個齒上的合成電磁力接近0，即局部鐵心的電磁力會隨著時間以正弦波不斷變化，但每個齒在整個軸向的合成電磁力是不變的，始終接近于0。

同時相比較定子斜槽，斜極的方案對電機的改動工作量較小，因此采用轉(zhuǎn)子沿軸向傾斜一個齒距的方式。

圖5 轉(zhuǎn)子斜極計算模型

通過圖5計算模型進(jìn)行分析，該方案的諧波含量較低，THD（總諧波畸變率）為0．478%，THF（電話諧波因數(shù)）為0．613%，由諧波產(chǎn)生的高頻電磁力波強度較小。

3.2 機座加固

在定子鐵心背部增加筋板，并在鐵心兩端增加壓圈的焊縫數(shù)量，以提高定子鐵心的整體剛度，增加對噪聲的抑制能力。

4 試驗結(jié)果

電機改造完成后，工廠內(nèi)進(jìn)行了噪音測試，測試結(jié)果（見表2和圖6）表明：改造后，電機在不同運行工況下的噪聲基本一致，約79dB；與改造前相比，電機噪聲幅值消減約10dB，尤其是高頻電磁噪音成分，峰值得到有效消弱。

表2 噪聲測量幅值(聲壓級)

圖6 噪聲測量頻譜

5 結(jié)語

目前用戶對噪音等環(huán)境因素越來越重視，尤其是電磁噪聲，其尖銳的噪聲會造成用戶身體上的不舒服。

本文通過理論分析和有限元計算，找出噪音偏大的原因并提出解決方案，最終通過改造后的試驗驗證，確定該方案可有效降低電磁噪音并達(dá)到用戶滿意，同時為處理同類問題積累經(jīng)驗。