电源谐波与空调器噪声振动关系

黄 辉，兰江华

（珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海519070）

电源谐波与空调器噪声振动关系

黄 辉，兰江华

（珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海519070）

在空调器的实际使用中，经常会出现令人烦恼的异常振动和噪声。主要原因是由于电力系统中非线性的负荷增大，电网的电流谐波成了严重的干扰。通过空调外挂压缩机及管路系统实例的分析，探索了在一些谐波下形成振动和噪声的机理，从而提出了解决空调机抗谐波干扰问题的渠道，对于工程实践具有参考意义。

振动与波；谐波；电磁噪声；异常振动；谐波电压限值；抗谐波能力

ability to resist harmonic wave

对于工频50 Hz的电力系统而言，电压电流实时波形通过离散傅里叶分析后得到一系列频谱分量，通常将这些频谱分量中工频整数倍的频谱分量定义为谐波，而频率为工频整数倍的分量称为间谐波[1]。在国标中由于电压比电流标准相对更严格，因此,电源质量主要由电压总谐波畸变率和第h次谐波电压含有率、第ih次间谐波电压含有率IHRUih来评价如公式1—5所示[1，2]。

第h次谐波电压含有率HRUh

式中

式中

UH——为谐波电压含量，其计算公式如下

Uh——第h次谐波电压均方根值；

U1——基波电压均方根值。

电压总谐波畸变率THDu

式中

Uih——第ih次间谐波电压，其计算公式为

第ih次间谐波电压含有率IHRUih

1 谐波间谐波与空调噪声振动关系

电网中的谐波和间谐波对空调器产品的噪声振动有着不容忽视的影响。在处理空调器噪声振动问题时，经常发现部分在厂内测试时合格的产品，而一旦安装到客户家后就出现异常振动或难听的噪声而受到客户投诉。下面以两个典型案例来进行分析。

1.1 谐波导致的空调电机电磁噪声

某客户新装内机多台出现低频噪声大问题，经现场测试噪声频率多在300 Hz到500 Hz。将自带合格电机和风叶换上后该问题依然存在。后对客户电源品质进行测量发现其电源7、9、11次奇次谐波含量较高，如下表1。

为此，将该问题产品带回实验室进行变谐波含量噪声测试，结果如下表2。

由表2可知电源中奇次谐波的存在是导致电机产生低频噪声的主要诱因。另对电机固有频率进行测试发现电机一阶固频为936 Hz，因此可排除电机发生共振的可能性[3]。即空调内机产生低频噪声主要原因是电机本身抗谐波能力不足所致。从表2还可以发现电机谐波噪声频率与谐波次数有公式6所示关系

式中

f——为电磁噪声频率；

i——为谐波次数；

f0——为电网频率。

1.2 间谐波与空调噪声振动关系

在研究处理某空调管路系统应力应变严重超标问题时，发现空调外机压缩机及管路系统抖动严重且噪声大。图1所示是空调发生异常抖振时压缩机缸体振动位移谱。从图中可知在23 Hz处位移峰值高达为533.9 um，在47.5 Hz处位移峰值为206.5 um。该空调压缩机额定转速为2 880 r/min；因此47.5 Hz为压缩机运行基频，而23 Hz的异常振动的原因就需要进行探索。

图1 异常振动时压缩机位移谱

由文献[4，5]可知旋转机械出现类似1/2次谐波振动的原因主要有：

(1)零件松动（摆动、偏斜、间隙）及非线性因素；

(2)油膜涡动；

(3)蒸汽激振。通过对问题空调压缩机单机振动测试和解剖分析可排除原因(1)(2)，另外空调系统中不存在蒸汽激振因此原因(3)也可排除。

为了彻底查找异常振动原因，对转子模态进行了仿真分析，结果如表3所示。同时对压缩机及减震垫圈系统固有频率进行了测试，结果如图2所示。从图中可以看出压缩机系统1、2阶固有频率分别为23.1 Hz、24.2 Hz。另外，对实验室电源品质进行了测试分析如图3所示[6]。根据图2图3可以推断：电源含有的26 Hz间谐波与空调压缩机系统固有频率23.1 Hz接近，是导致空调压缩机管路系统发生异常抖振的原因。

表1 某客户电源谐波含量实测值

表2 谐波含量与噪声频率及大小关系

表3 压缩机转子组件模态分析结果

图2 压缩机系统固有频率

图3 空调异常振动时电源品质示波器监测图

为了确证上述推论，根据谐波电源合成原理及公式7，用Excell编制了如表4所示的电源频率和谐波含量均可以随意调整的谐波电源发生器。

表4 谐波电源发生器

式中

Us——为设定电压；

U——为基频电压；

X1、X2、Xn——为谐波百分含量。

通过实验可得电源26 Hz的间谐波含量大小与空调外机压缩机管路系统振动关系如表5所示。从表中可以明显看出间谐波含量越高空调振动越严重。

表5 26 Hz间谐波含量与空调异常抖振的关系

因此，可以证明电源本身存在的26 Hz间谐波与压缩机管路系统固频23.1 Hz接近而发生共振是导致空调外机出现剧烈振动的根本原因。

2 空调器抗谐波间谐波能力探讨

正如前文所述无论是电源的奇次谐波还是间谐波当其含量达到一定值时，就会对部分空调器电机及压缩机造成影响，使其产生比较严重的噪声振动问题，因此提高空调器产品的抗谐波能力就显得尤为重要。

2.1 谐波间谐波电压限值

表6为部分国家谐波电压允许值，表7为部分国家间谐波允许值[1，2，7—11]。从表中可知空调器应具备抗电压为4%含量的奇、偶次谐波的能力和抗电压含量为0.2%的间谐波能力。

2.2 空调器抗谐波间谐波能力

提高空调器抗谐波能力可从两方面进行：一方面根据谐波及间谐波频率特点，在设计电机和压缩机时使其固有频率避开电压谐波频率和间谐波频率；另一方面从电机设计入手，例如适当增大定转子气隙降低电磁激振力，选择合适的齿槽配合避免一阶2阶齿谐波频率与电源谐波及间谐波频率相接近；选择合适的电容使电机逆序电流尽可能小，磁场圆度尽可能圆；选择合适的叠厚及额部厚度等等，均可一定程度提高电机的抗谐波能力。

表6 部分国家电网谐波电压允许值

表7 部分国家间谐波电压限值

3 结语

(1)通过内机案例说明了电源奇次谐波电压含量达到一定值时会使部分空调器出现严重的噪声振动问题；

(2)通过间谐波电压含量与空调外机的实验研究，证明了26 Hz间谐波是导致某空调外机发生23 Hz异常振动的根本诱因；

(3)本文可为空调器噪声振动问题处理和空调器电机及压缩机的优化设计提供有益的参考。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T 24337-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.GB/T 14549-1993[S].北京：中国标准出版社，1993.

[3]兰江华.变频磁阻电机降噪技术研究[J].噪声与振动控制，2013，33(1)：208-211.

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[5]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2008：5-36.

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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">文献标识码：A DOI编码：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.048

2013-10-26

黄 辉（1969-），男，湖南长沙人，工程师，研究方向空调新技术研究与开发。

E-mail:grcad@126.com

兰江华（1978-），男，江西高安人，工程师，研究方向空调噪声振动技术。

E-mail:afuture0518@163.com