某泵站水泵电动机噪音异常分析及处理

曹波，刘硕，晏明

(东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000)

我公司为广东某供水公司泵站提供了4台三相立式同步电动机，电机带负载运行时，出现较大噪声并伴有尖啸声。电机主要参数如下：

型号：TL1000-12；

额定功率：1000kW；

额定电压：6000V；

额定电流：112A；

额定转速：500r/min；

极数：12。

1 数据测量

依据GB/T10069．1在电机上机架层中布置测点，即以突出上盖板部分为测量基准体，编号1#～4#测点分别在距离基准体外表面1m远的包络面上，测量电机额定运行时噪声数据如表1，噪声频谱如图1。随后对电机停机，噪声在断电瞬间消失。

图1 电机噪声频谱测试

表1 电机噪声测量幅值（声压级）

结合以上测量数据和现象可以看出，噪声的主要成分是电磁噪声，频段在900Hz。

2 原因分析

在同步电机中，存在着定子和转子绕组磁势的基波和高次谐波，同时存在气隙磁导谐波，定子齿谐波，它们相互作用后，会在气隙产生一系列组合的电磁力波，这些力波有着不同的幅值、转速、转向、节点数，尤其是一阶齿谐波不会随电机的短距系数及分布系数而削弱，是电磁噪声产生的根本原因。

采用FLUX瞬态有限元，求解磁场谐波及电磁力波（见图2）。

图2 计算模型与剖分

计算结果表明：17、19次磁密谐波占比超过9%，属于较大水平。本电机定子槽数Z1=108，极对数p=6，转子17、19次谐波和定子一阶齿谐波相互作用下，会产生0节点的900Hz电磁力波。

对负载电磁力波进行分解（见图3、图4），随着负载磁密的增加，900Hz分量的幅值大幅增加，从空载的每齿36．6N增加到了94N，增幅2．6倍，定子电枢反应加强了900Hz电磁力波强度。

因此，电机的一阶齿谐波与转子17、19次高次谐波相互作用，产生频率为900Hz、节点数为0的激振力，是产生900Hz噪声的根本原因。

图3 负载磁力线

图4 900Hz电磁力分量

同时检查发现，该电机定子压圈、定子铁心支撑笼刚度较弱，导致电机定子整体刚强度不足。在相同的电磁激振力作用下，刚度较弱的电机定子其振动幅值较大，传递出的噪声会明显高于刚度大的电机。

3 处理方案

3.1 斜极

通过分析计算，斜极/斜槽后，900Hz电磁力不再具有呼吸效应。在整个轴向上，每一小段铁心所受的电磁力的相位从0到360度均匀分布，所以整个齿上的合成电磁力接近0，即局部铁心的电磁力会随着时间以正弦波不断变化，但每个齿在整个轴向的合成电磁力是不变的，始终接近于0。

同时相比较定子斜槽，斜极的方案对电机的改动工作量较小，因此采用转子沿轴向倾斜一个齿距的方式。

图5 转子斜极计算模型

通过图5计算模型进行分析，该方案的谐波含量较低，THD（总谐波畸变率）为0．478%，THF（电话谐波因数）为0．613%，由谐波产生的高频电磁力波强度较小。

3.2 机座加固

在定子铁心背部增加筋板，并在铁心两端增加压圈的焊缝数量，以提高定子铁心的整体刚度，增加对噪声的抑制能力。

4 试验结果

电机改造完成后，工厂内进行了噪音测试，测试结果（见表2和图6）表明：改造后，电机在不同运行工况下的噪声基本一致，约79dB；与改造前相比，电机噪声幅值消减约10dB，尤其是高频电磁噪音成分，峰值得到有效消弱。

表2 噪声测量幅值(声压级)

图6 噪声测量频谱

5 结语

目前用户对噪音等环境因素越来越重视，尤其是电磁噪声，其尖锐的噪声会造成用户身体上的不舒服。

本文通过理论分析和有限元计算，找出噪音偏大的原因并提出解决方案，最终通过改造后的试验验证，确定该方案可有效降低电磁噪音并达到用户满意，同时为处理同类问题积累经验。