電機嘯叫聲消除研究

朱璧學

摘 要：通過對連續退火生產線（以下簡稱CAL）出口10#BR（張力輥）電機嘯叫聲原因分析，找出其真正原因是電機在升速過程中產生的電磁噪聲，電磁噪聲主要因變頻控制電機的諧波磁場產生的電磁力波造成的，其一，低次力波的頻率與電機定子的固有振動頻率一致或接近，從而產生共振造成的電磁噪聲；其二，高次諧波產生的高次諧波磁場所產生的附加轉矩，使得電機產生明顯的振動和尖銳的噪音。前者發生的嘯叫聲不會那么刺耳，現有條件也無法改變，所以通過改變后者，即改變電機輸出力矩大小，優化電機出力方向等，可以明顯降低其尖銳的嘯叫聲。

關鍵詞：電磁噪聲 嘯叫聲 粗糙度 劃傷

一、引言

從2015年6月份開始，CAL線出口10#BR電機發出異常嘯叫聲，特別是在生產線帶鋼速度升速到400mpm（米/分鐘）以上時，嘯叫聲特別明顯，最高噪聲估計達到140db以上，遠遠大于國標要求的95db，由于生產現場電機位置剛好在檢查臺下方，刺耳的尖叫聲對檢查臺的操作人員聽力造成嚴重傷害，為了盡快解決該問題，成立專門攻關小組。現場電機位置見圖一所示；

二、嘯叫聲產生原因分析

問題點一：異常嘯叫聲是哪里發出的？

通過曲線分析和現場觀察：發生嘯叫聲時10BR電機負載波動較大，尤其是1#ROLL，電機反向負載達到-30%多，可以肯定的是：電機產生電磁噪聲。

問題點二：哪些因素可能導致電機產生電磁噪聲？1、10BR電機采取IGBT變頻控制，高次諧波磁場產生附加的轉矩；2、10BR輥子粗糙度下降，有打滑現象，加速過程中，出力方向不一致（即1#電機負載反向與其他輥相反）；3、10BR電機負載平衡不均，容易造成出力不平衡；

電磁噪聲理論原因，主要因變頻控制電機的諧波磁場產生的電磁力波造成的，其一，低次力波的頻率與電機定子的固有振動頻率一致或接近，從而產生共振造成的電磁噪聲；其二，高次諧波產生的高次諧波磁場所產生的附加轉矩，使得電機產生明顯的振動和尖銳的噪音。

三、處理過程

2015年8月采取降低卷取張力的方法（間接降低了10#BR電機負載），嘯叫聲明顯改善。

2016年3月份，異常嘯叫聲又有增大，對卷取初始張力進行了調整，并調整了10BR負荷平衡模式。

2016年4月，出口1#卷取機發生1次嚴重塔形，經分析是卷取機張力過低造成的。為此，減少張力消除嘯叫聲已經不能再使用。

2016年5月，對10BR運行曲線跟蹤觀察，發現1#輥速度速度差超過5mpm，測量10BR輥粗糙度，1#輥粗糙度下降到2以下。

2016年6月生產前對10BR1#輥進行更換（新輥粗糙度4以上），并對10BR輥子電機進行M單測試。

四、最終解決方案

1、加大輥子粗糙度，避免打滑現象，定期對輥子表面粗糙度進行測量，建立管理表，見表一所示，發現平均粗糙度小于2-2.5時更換；

2、調整BR電機負荷平衡模式，避免出力不均，導致部分輥子磨損較快；

3、定期對輥子進行M單測試（換新輥或更換電機時必須做），修改空載損耗數據，建立測試管理表；見表二所示，

4、合理設置張力設定基表。

五、研究總結

依據電機噪聲產生來源、原理進行綜合分析，解決噪聲主要通過以下幾個路徑：其一，通過對變頻器進行改造，提高載波頻率，使其輸出波形更加接近正弦波，減少高頻分量；或者在輸入端增加電抗器。這種方法造價較高，而且需要增加設備，改造難度較大。其二，通過設置跳轉頻率，避免產生共振，這種方法雖然簡單，但我們現場要求連續性很強，不適合設置跳轉。其三，優化負載平衡，減少因為帶鋼打滑造成負載分配不均，導致電機實際出力方向和控制方向不一致，本文采用了第三種方法，現場實際證明，這種方法效果明顯，值得在連續傳動系統中應用推廣。

參考文獻：

[1]邵國軍，趙勇《防爆電機》 2002年04期 2002.12.31

[2]GB 10069.3-2008，旋轉電機噪聲測定方法及限值 第3部分