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(dòng)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(shí)際使用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)令人煩惱的異常振動(dòng)和噪聲。主要原因是由于電力系統(tǒng)中非線性的負(fù)荷增大，電網(wǎng)的電流諧波成了嚴(yán)重的干擾。通過(guò)空調(diào)外掛壓縮機(jī)及管路系統(tǒng)實(shí)例的分析，探索了在一些諧波下形成振動(dòng)和噪聲的機(jī)理，從而提出了解決空調(diào)機(jī)抗諧波干擾問(wèn)題的渠道，對(duì)于工程實(shí)踐具有參考意義。

振動(dòng)與波；諧波；電磁噪聲；異常振動(dòng)；諧波電壓限值；抗諧波能力

ability to resist harmonic wave

對(duì)于工頻50 Hz的電力系統(tǒng)而言，電壓電流實(shí)時(shí)波形通過(guò)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(guó)標(biāo)中由于電壓比電流標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)更嚴(yán)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(lái)評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)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(dòng)關(guān)系

電網(wǎng)中的諧波和間諧波對(duì)空調(diào)器產(chǎn)品的噪聲振動(dòng)有著不容忽視的影響。在處理空調(diào)器噪聲振動(dòng)問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分在廠內(nèi)測(cè)試時(shí)合格的產(chǎn)品，而一旦安裝到客戶家后就出現(xiàn)異常振動(dòng)或難聽(tīng)的噪聲而受到客戶投訴。下面以兩個(gè)典型案例來(lái)進(jìn)行分析。

1.1 諧波導(dǎo)致的空調(diào)電機(jī)電磁噪聲

某客戶新裝內(nèi)機(jī)多臺(tái)出現(xiàn)低頻噪聲大問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試噪聲頻率多在300 Hz到500 Hz。將自帶合格電機(jī)和風(fēng)葉換上后該問(wèn)題依然存在。后對(duì)客戶電源品質(zhì)進(jìn)行測(cè)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(wèn)題產(chǎn)品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行變諧波含量噪聲測(cè)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(jī)產(chǎn)生低頻噪聲的主要誘因。另對(duì)電機(jī)固有頻率進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)電機(jī)一階固頻為936 Hz，因此可排除電機(jī)發(fā)生共振的可能性[3]。即空調(diào)內(nèi)機(jī)產(chǎn)生低頻噪聲主要原因是電機(jī)本身抗諧波能力不足所致。從表2還可以發(fā)現(xiàn)電機(jī)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(dòng)關(guān)系

在研究處理某空調(diào)管路系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題時(shí)，發(fā)現(xiàn)空調(diào)外機(jī)壓縮機(jī)及管路系統(tǒng)抖動(dòng)嚴(yán)重且噪聲大。圖1所示是空調(diào)發(fā)生異常抖振時(shí)壓縮機(jī)缸體振動(dòng)位移譜。從圖中可知在23 Hz處位移峰值高達(dá)為533.9 um，在47.5 Hz處位移峰值為206.5 um。該空調(diào)壓縮機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2 880 r/min；因此47.5 Hz為壓縮機(jī)運(yùn)行基頻，而23 Hz的異常振動(dòng)的原因就需要進(jìn)行探索。

圖1 異常振動(dòng)時(shí)壓縮機(jī)位移譜

由文獻(xiàn)[4，5]可知旋轉(zhuǎn)機(jī)械出現(xiàn)類(lèi)似1/2次諧波振動(dòng)的原因主要有：

(1)零件松動(dòng)（擺動(dòng)、偏斜、間隙）及非線性因素；

(2)油膜渦動(dòng)；

(3)蒸汽激振。通過(guò)對(duì)問(wèn)題空調(diào)壓縮機(jī)單機(jī)振動(dòng)測(cè)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(dòng)原因，對(duì)轉(zhuǎn)子模態(tài)進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果如表3所示。同時(shí)對(duì)壓縮機(jī)及減震墊圈系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出壓縮機(jī)系統(tǒng)1、2階固有頻率分別為23.1 Hz、24.2 Hz。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)室電源品質(zhì)進(jìn)行了測(cè)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(jī)系統(tǒng)固有頻率23.1 Hz接近，是導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)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(shí)測(cè)值

表2 諧波含量與噪聲頻率及大小關(guān)系

表3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件模態(tài)分析結(jié)果

圖2 壓縮機(jī)系統(tǒng)固有頻率

圖3 空調(diào)異常振動(dòng)時(shí)電源品質(zhì)示波器監(jiān)測(cè)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(guò)實(shí)驗(yàn)可得電源26 Hz的間諧波含量大小與空調(diào)外機(jī)壓縮機(jī)管路系統(tǒng)振動(dòng)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(dòng)越嚴(yán)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(jī)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(jī)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)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(wú)論是電源的奇次諧波還是間諧波當(dāng)其含量達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)對(duì)部分空調(diào)器電機(jī)及壓縮機(jī)造成影響，使其產(chǎn)生比較嚴(yán)重的噪聲振動(dòng)問(wèn)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(guó)家諧波電壓允許值，表7為部分國(guó)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(jìn)行：一方面根據(jù)諧波及間諧波頻率特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電機(jī)和壓縮機(jī)時(shí)使其固有頻率避開(kāi)電壓諧波頻率和間諧波頻率；另一方面從電機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)逆序電流盡可能小，磁場(chǎng)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(jī)的抗諧波能力。

表6 部分國(guó)家電網(wǎng)諧波電壓允許值

表7 部分國(guó)家間諧波電壓限值

3 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)內(nèi)機(jī)案例說(shuō)明了電源奇次諧波電壓含量達(dá)到一定值時(shí)會(huì)使部分空調(diào)器出現(xiàn)嚴(yán)重的噪聲振動(dòng)問(wèn)題；

(2)通過(guò)間諧波電壓含量與空調(diào)外機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究，證明了26 Hz間諧波是導(dǎo)致某空調(diào)外機(jī)發(fā)生23 Hz異常振動(dòng)的根本誘因；

(3)本文可為空調(diào)器噪聲振動(dòng)問(wèn)題處理和空調(diào)器電機(jī)及壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益的參考。

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

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

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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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.048

2013-10-26

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

E-mail:afuture0518@163.com