分析水輪發(fā)電機(jī)電磁振動及噪聲改造

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)訊:摘要：當(dāng)今是資源極度重要的時(shí)代，水力資源是世界上重要的能源資源之一，水輪發(fā)電機(jī)能夠?qū)⑺苻D(zhuǎn)化為電能，從而為社會生活帶來了很多的便利。水輪發(fā)動機(jī)效果的優(yōu)劣可以通過其發(fā)生產(chǎn)生的振動及噪音得到初步判斷，故而對水輪發(fā)電機(jī)的振動分析是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。該文主要是研究水輪發(fā)電機(jī)在電磁振動方面的內(nèi)容，分析其所帶來的影響，并追根溯源，找到導(dǎo)致電磁振動的原因，進(jìn)而研究能夠減少振動的對策，做好噪聲改造工作。

前言

人們的生產(chǎn)生活需要消耗大量的能源資源，但是很多的資源是不可再生的，一旦用盡，將不會生成。因此必須要對資源進(jìn)行有效的配置，利用水輪發(fā)電機(jī)將水力資源轉(zhuǎn)化為電力資源就是有效配置資源的一種方式。但是水輪發(fā)電機(jī)的工作過程中會由于機(jī)組、水力和電流的原因而產(chǎn)生振動，引起噪音的產(chǎn)生，對此必須采取措施進(jìn)行改造。

1 水輪發(fā)電機(jī)電磁振動分析

1.1 電磁振動簡介

現(xiàn)在是電子科技飛速發(fā)展的時(shí)代，人們的生活幾乎離不開電力資源，水輪發(fā)電機(jī)的創(chuàng)造使電力資源的獲得變得更加容易。不同于使用柴油發(fā)電機(jī)時(shí)成本消耗大，利用水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化在一定程度上來說是比較節(jié)省成本的。但是在水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作的過程中，機(jī)器會經(jīng)常發(fā)出一些噪聲。眾所周知，聲音是由于物體振動而產(chǎn)生的。水輪發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的噪音也是由于機(jī)器在工作過程中發(fā)生了振動而導(dǎo)致的。水輪發(fā)電機(jī)的振動分為幾類，該文主要研究其電磁振動。所謂電磁振動，是指水輪發(fā)電機(jī)在工作過程中，機(jī)組內(nèi)部的電流產(chǎn)生電磁效應(yīng)，造成磁場的產(chǎn)生。而且，在這過程中所產(chǎn)生的電磁場不是固定不變的，而是在不斷變化的。此時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子鐵芯就會受到變化的磁場的影響，被電磁波所干擾，進(jìn)而產(chǎn)生電磁振動。這種電磁振動的現(xiàn)象比較明顯，從外部可以看到水輪發(fā)電機(jī)機(jī)身明顯振動，并伴隨著噪聲的發(fā)出。

1.2 電磁振動的影響

機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中經(jīng)常會由于內(nèi)部組件的摩擦而產(chǎn)生振動，也會由于內(nèi)部的氣流或是電磁力的引力而導(dǎo)致振動，這些振動難以消除，但是在一定程度上是可以進(jìn)行控制的。眾所周知，機(jī)械的振動會對機(jī)器自身安全運(yùn)行造成極大的危險(xiǎn)。同樣，水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電磁振動，也會造成很大的影響。一方面是振動所引起的噪聲影響。噪聲會對環(huán)境造成破壞，屬于聲污染，會對周圍工作人員的身體健康產(chǎn)生影響。另一方面是振動對機(jī)器所造成的安全影響，這個(gè)是最為重要的一個(gè)方面，不可忽視。定子鐵芯振動，會對絕緣層造成磨損，導(dǎo)致絕緣層破裂，進(jìn)而造成漏電、接地、短路等安全問題。除此之外，如果振動傳到了定子機(jī)架，可能會對機(jī)器的其他零部件產(chǎn)生干擾，一旦機(jī)器內(nèi)部組件產(chǎn)生共振，將會導(dǎo)致定子和基礎(chǔ)失衡，最終造成機(jī)器毀損的嚴(yán)重后果。這些問題都是極為嚴(yán)重的，必須嚴(yán)肅對待?？偟膩碚f，水輪發(fā)電機(jī)的電磁共振所產(chǎn)生的影響不只是噪音干擾，而是會對機(jī)器本身造成一定的損害，也會影響到機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少機(jī)器的使用壽命。

1.3 電磁振動的原因

任何問題的產(chǎn)生都是有相關(guān)原因的，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造以及產(chǎn)生電磁振動的物理學(xué)原理進(jìn)行分析，可以大致得出造成水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電磁振動的原因。根據(jù)物理學(xué)中的磁場相關(guān)理論，由于發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，電流之間形成了電磁場，在磁場的作用下，發(fā)電機(jī)的內(nèi)部零件振動，形成了電磁振動?？梢詫?dǎo)致這種現(xiàn)象的原因分為兩類：發(fā)電機(jī)短路和發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行。進(jìn)一步分析，一方面，發(fā)電機(jī)短路，對于研究用電器的安全問題，短路分析是必須要分析的一個(gè)環(huán)節(jié)。發(fā)電機(jī)短路會使得水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子受到機(jī)器內(nèi)的作用力影響，進(jìn)而對機(jī)器造成危害。另一方面，發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電流會由于發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行而失衡，就會產(chǎn)生一個(gè)正序和負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場。而發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間會受到這種旋轉(zhuǎn)磁場的作用，這就會使得定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生電磁振動。

2 水輪發(fā)電機(jī)的噪聲改造對策

2.1 選擇定子槽數(shù)

根據(jù)電磁學(xué)原理，水輪發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，當(dāng)電流通過定子繞組時(shí)會產(chǎn)生分?jǐn)?shù)諧波磁場，與此同時(shí)，在氣隙中也形成了氣隙主波磁場，這兩種磁場之間會產(chǎn)生一種相互作用力，在這種力的作用下會形成激振力波，最終導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)高頻振動。因此，可以通過對分?jǐn)?shù)次諧波磁場的控制進(jìn)而對水輪發(fā)電機(jī)的電磁振動進(jìn)行控制，改造其噪聲。對此，可以對水輪發(fā)電機(jī)的定子槽數(shù)進(jìn)行重新確定。實(shí)驗(yàn)證明，將發(fā)動機(jī)的定子槽數(shù)根據(jù)實(shí)際情況重新選擇，可以有效地降低這種電磁振動。在確定定子槽數(shù)時(shí)，可以從多個(gè)方面進(jìn)行考慮：第一，新確定的定子槽數(shù)必須使次諧波的幅值大幅降低；第二，定子一階齒在電流作用下會產(chǎn)生諧波，該諧波與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的高次諧波之間會產(chǎn)生一種力波，必須要控制這種力波所對應(yīng)的鐵芯固有頻率與激振力的頻率有一定差距，不可太過接近；第三，控制處于低節(jié)點(diǎn)的力波所對應(yīng)的定子鐵芯的固有頻率應(yīng)該盡可能地與100Hz有更遠(yuǎn)的差距。

2.2 改造定子鐵芯

由于引起電磁振動的電磁場主要在定子鐵芯周圍形成的，因此對定子鐵芯進(jìn)行改造也是一種控制電磁振動、改造水輪發(fā)電機(jī)噪聲的有效方法。通過分析定子的組成以及電磁振動的原理，可以從3個(gè)方向?qū)λ啺l(fā)電機(jī)的定子鐵芯進(jìn)行改造：定子鐵芯軛齒比、鐵芯壓緊方式、定子用銅量。首先，對于定子鐵芯軛齒比的改造。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)電機(jī)在振動的情況下，定子齒部會不斷地振動，這就容易使得定子齒部割裂線棒的絕緣層，造成設(shè)備故障。因此，通過改變定子鐵芯軛齒比，壓緊齒部，減小齒部在電磁場的作用下的振動幅度，就可以在一定程度上降低設(shè)備故障的可能性。同時(shí)，這樣也可以避免定子齒部因振動頻繁而造成斷裂的問題。其次，對于鐵芯壓緊方式進(jìn)行改造，使鐵芯盡可能地壓緊，令定子鐵芯在工作過程中不會出現(xiàn)松動的跡象。對于鐵芯兩端，也可以通過加強(qiáng)兩端的粘性，保證鐵芯整體的一體化，從而降低鐵芯的振動頻率。最后，對于定子用銅量，由于電流是通過銅制的定子進(jìn)行傳導(dǎo)的，增加定子的用銅量，就能夠使電流密度有所降低，進(jìn)而降低發(fā)電機(jī)機(jī)組的熱負(fù)荷，最終起到降噪的作用。

2.3 控制線棒溫度

研究表明，溫度因素會對水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)的電磁振動產(chǎn)生一定的影響，故而，做好機(jī)器內(nèi)部的工作環(huán)境的溫度控制，也可以進(jìn)一步減少噪音的產(chǎn)生。對于水輪發(fā)電機(jī)的電磁振動，可以通過對定子線棒的溫度進(jìn)行控制，降低線棒的溫度，以達(dá)到最終目的。對此，可以從定子線棒的材料、繞組方式以及絕緣體系進(jìn)行改造。對定子線棒的構(gòu)成材料改造，應(yīng)使用雙玻璃絲包線的定子線棒；對繞組方式進(jìn)行分析，發(fā)電機(jī)機(jī)組的定子繞組方式為單匝式繞組更有助溫度的控制；對線棒的絕緣體系進(jìn)行分析，采用更為高效的絕緣系統(tǒng)，使定子槽內(nèi)的傳熱得到有效的傳遞，提高絕緣傳熱系數(shù)，最大限度地將線棒中由于電流而產(chǎn)生的熱量傳遞出去，降低線棒的溫度。

3 結(jié)語

為了應(yīng)對社會日益增長的用電需求，人們創(chuàng)造了水輪發(fā)電機(jī)，將蘊(yùn)藏在水資源中的能量轉(zhuǎn)換到電力之中，極大地方便了社會生產(chǎn)生活。但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水輪發(fā)電機(jī)在工作過程中會由于電磁振動產(chǎn)生噪音。通過分析發(fā)現(xiàn)，水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電磁振動主要是由于發(fā)電機(jī)短路和發(fā)電機(jī)運(yùn)行不對稱造成。而振動不僅會產(chǎn)生噪聲，還會影響機(jī)器自身的運(yùn)行。對此，可以從定子槽數(shù)、定子鐵芯的構(gòu)造、定子線棒的溫度這三個(gè)方面去進(jìn)行改造，降低噪音。