电机啸叫声消除研究

朱璧学

摘 要：通过对连续退火生产线（以下简称CAL）出口10#BR（张力辊）电机啸叫声原因分析，找出其真正原因是电机在升速过程中产生的电磁噪声，电磁噪声主要因变频控制电机的谐波磁场产生的电磁力波造成的，其一，低次力波的频率与电机定子的固有振动频率一致或接近，从而产生共振造成的电磁噪声；其二，高次谐波产生的高次谐波磁场所产生的附加转矩，使得电机产生明显的振动和尖锐的噪音。前者发生的啸叫声不会那么刺耳，现有条件也无法改变，所以通过改变后者，即改变电机输出力矩大小，优化电机出力方向等，可以明显降低其尖锐的啸叫声。

关键词：电磁噪声 啸叫声 粗糙度 划伤

一、引言

从2015年6月份开始，CAL线出口10#BR电机发出异常啸叫声，特别是在生产线带钢速度升速到400mpm（米/分钟）以上时，啸叫声特别明显，最高噪声估计达到140db以上，远远大于国标要求的95db，由于生产现场电机位置刚好在检查台下方，刺耳的尖叫声对检查台的操作人员听力造成严重伤害，为了尽快解决该问题，成立专门攻关小组。现场电机位置见图一所示；

二、啸叫声产生原因分析

问题点一：异常啸叫声是哪里发出的？

通过曲线分析和现场观察：发生啸叫声时10BR电机负载波动较大，尤其是1#ROLL，电机反向负载达到-30%多，可以肯定的是：电机产生电磁噪声。

问题点二：哪些因素可能导致电机产生电磁噪声？1、10BR电机采取IGBT变频控制，高次谐波磁场产生附加的转矩；2、10BR辊子粗糙度下降，有打滑现象，加速过程中，出力方向不一致（即1#电机负载反向与其他輥相反）；3、10BR电机负载平衡不均，容易造成出力不平衡；

电磁噪声理论原因，主要因变频控制电机的谐波磁场产生的电磁力波造成的，其一，低次力波的频率与电机定子的固有振动频率一致或接近，从而产生共振造成的电磁噪声；其二，高次谐波产生的高次谐波磁场所产生的附加转矩，使得电机产生明显的振动和尖锐的噪音。

三、处理过程

2015年8月采取降低卷取张力的方法（间接降低了10#BR电机负载），啸叫声明显改善。

2016年3月份，异常啸叫声又有增大，对卷取初始张力进行了调整，并调整了10BR负荷平衡模式。

2016年4月，出口1#卷取机发生1次严重塔形，经分析是卷取机张力过低造成的。为此，减少张力消除啸叫声已经不能再使用。

2016年5月，对10BR运行曲线跟踪观察，发现1#辊速度速度差超过5mpm，测量10BR辊粗糙度，1#辊粗糙度下降到2以下。

2016年6月生产前对10BR1#辊进行更换（新辊粗糙度4以上），并对10BR辊子电机进行M单测试。

四、最终解决方案

1、加大辊子粗糙度，避免打滑现象，定期对辊子表面粗糙度进行测量，建立管理表，见表一所示，发现平均粗糙度小于2-2.5时更换；

2、调整BR电机负荷平衡模式，避免出力不均，导致部分辊子磨损较快；

3、定期对辊子进行M单测试（换新辊或更换电机时必须做），修改空载损耗数据，建立测试管理表；见表二所示，

4、合理设置张力设定基表。

五、研究总结

依据电机噪声产生来源、原理进行综合分析，解决噪声主要通过以下几个路径：其一，通过对变频器进行改造，提高载波频率，使其输出波形更加接近正弦波，减少高频分量；或者在输入端增加电抗器。这种方法造价较高，而且需要增加设备，改造难度较大。其二，通过设置跳转频率，避免产生共振，这种方法虽然简单，但我们现场要求连续性很强，不适合设置跳转。其三，优化负载平衡，减少因为带钢打滑造成负载分配不均，导致电机实际出力方向和控制方向不一致，本文采用了第三种方法，现场实际证明，这种方法效果明显，值得在连续传动系统中应用推广。

参考文献：

[1]邵国军，赵勇《防爆电机》 2002年04期 2002.12.31

[2]GB 10069.3-2008，旋转电机噪声测定方法及限值 第3部分