盧素華 等：基于多場耦合的斷條狀態(tài)下感應電機電磁振動噪聲規(guī)律研究
來源：《大電機技術》2020年第3期
作者：盧素華1,2,3，陳彬1,2,3，劉思苑1,3，賈武豪3
單位：1.空調設備及系統(tǒng)運行節(jié)能國家重點實驗室；2.廣東省制冷設備節(jié)能環(huán)保技術企業(yè)重點實驗室；3.珠海格力電器股份有限公司。
摘要：對于電機的電磁振動噪聲問題，僅通過電磁計算激勵源特性分析較難預測電機實際的振動噪聲情況。本文基于電磁場、結構場及聲場的多場耦合分析方法，以YE2-90L-4感應電機為例，結合電機結構與實際安裝方式，對斷條狀態(tài)下的電機電磁激振力、結構振動響應以及電機周圍聲場聲壓分布進行多場聯(lián)合仿真，從而計算出斷條故障對于電機振動噪聲的影響。最后通過進行故障試驗，發(fā)現(xiàn)斷條故障所導致的電機電磁振動噪聲規(guī)律與仿真結果較吻合。
0 前言
電機的振動噪聲以電磁振動噪聲為主。目前國內外針對引發(fā)電磁噪聲的電磁力計算已做了大量研究工作，基本確定了電磁力的特征計算方法。振動噪聲是激勵源與結構的傳遞函數(shù)之間相互耦合作用的結果，激勵源與響應（振動噪聲）之間并不呈線性關系。實際電機結構較為復雜，而電機電磁力特征計算方法的確定僅確定了激勵源的特征，沒有結合電機的結構傳遞函數(shù)進行分析，并不能準確地確定實際情況下電機結構響應。
除了設計方面的影響，電機在運行過程中，一些特定故障的產生，如偏心、斷條等，也會增大電磁振動及噪聲的幅值或使電磁噪聲的聽感變差。本文通過對感應電機斷條故障下的特征磁場產生的附加電磁力進行解析計算，通過模態(tài)仿真及測試修正仿真模型參數(shù)，結合電磁—振動—噪聲多場耦合對故障振動噪聲進行仿真，從而得出斷條故障所產生的振動噪聲特征，并通過人為的設置故障進行振動噪聲試驗，驗證了基于多場耦合的振動噪聲仿真的可靠性。
1 電機故障磁場計算分析
目前低壓感應電動機通常采用鑄鋁鼠籠結構，當電機長時間在重載下運行或頻繁的起動和制動時，會使鼠籠導條承受較大的內應力，從而發(fā)生斷裂引發(fā)故障。
斷條后，可近似地將斷條的鑄鋁導體看作仍是導通的，只是在該處新增加了一條與斷前導通電流方向相反，大小一致的電流，如下圖所示。
本文以一臺YE2-90L-4感應電機為研究對象，電機主要參數(shù)見表1。
1.1 轉子斷條后磁場計算
當感應電機導條斷裂時，在氣隙中產生由反向電流產生的附加磁場，并與主磁場疊加，其公式為：
對正常電機轉子、一根導條斷裂、連續(xù)兩根導條斷裂三種情況下的瞬態(tài)磁場進行計算，三者磁場分布如下圖所示，其中標記處為斷條位置。
從圖中可以看出，斷條后的導條磁力線稀疏的一端更加稀疏，磁力線集中的一端更加密集，出現(xiàn)局部磁密飽和，并隨著斷條故障的加劇，磁密飽和程度愈加嚴重，印證了斷條后增加的由反向電流產生的附加磁場。
1.2 斷條故障電磁力分析
由于斷條后導入的附加磁場對電機電磁力造成影響，計及基波磁場和附加磁場的相互作用，電機電磁力的表達式為：
根據上面公式可得到YE2-90L-4感應電機附加電磁力的頻率與階次對應關系，如下圖所示。
從頻次分布圖來看，斷條后電磁力的頻率特性表現(xiàn)為間隔較小、均勻分布的連續(xù)頻率，同時力波階次隨頻率的升高而升高，這說明附加電磁力的低階分量主要集中在低頻段上，而在高頻段上主要為高階分量，不易引起幅值較高的振動。
2 電磁振動及噪聲耦合計算
2.1 諧響應振動
2.2 噪聲分析
3 斷條故障試驗數(shù)據
4 結論
（1）轉子斷條前后，磁場發(fā)生畸變，斷條部位產生合成的附加磁場，使斷條處出現(xiàn)磁飽和情況，并隨著斷條程度的增加，磁飽和程度加重。附加磁場與主磁場產生附加電磁力，而附加電磁力呈現(xiàn)出寬頻連續(xù)的特性，擾亂了電機原有的電磁力特性。
（2）由于斷條產生的附加電磁力在頻譜上的連續(xù)性，斷條后電機整體的振動幅值上升，波動加劇，降低了電機運行過程中的穩(wěn)定性，實際削弱了電機的負載性能。
（3）斷條前后，電機的主要噪聲峰值沒有發(fā)生較大變化，但增加了整個頻段上的噪聲總值，提高電機電磁噪聲的毛刺程度，從而影響了電機運行過程中周圍的聲場聲壓級分布，影響電機的聽感。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
