中央空调风管机电机的振动分析与研究

孙 臣见

宁波奥克斯电气股份有限公司 315191

摘要：在中央空调风管机电机运行的过程中，其振动问题的存在会对整体系统与设备在运行过程中的可靠性与稳定性受到影响。在本文中，将基于对中央空调风管机电机振动原理的分析，结合实验研究过程中数值分析，来探讨其改良与优化设计，从而有效应对中央空调风管机电机的振动问题。

关键词：中央空调；风管机电机；振动分析

引言：中央空调风管机不仅具有良好的节能效果，并且可以使整体环境更加的输送。而对于中央空调风管机的运行来说，其振动噪音的控制程度，也是提升空调产品市场竞争能力的关键性指标。为此，就要基于中央空调风管机电机的振动分析与研究来采取针对性措施进行优化，以保障中央空调风管机电机的使用效果。

1. 解决中央空调机电机振动问题的意义

在人们生活水平不断提升的背景下，使得人们在生活的过程中，也越来越追求整体环境的舒适感与美观感。而中央空调风管机的运用，不仅能够起到节能减排、使室内更加舒适的作用，同时由于中央空调风管机安装于天花版当中，使得其自身的美观性也可以得到良好的保障，并且不会占据过多的空间，这也令中央空调机更加受到消费者的欢迎。但在空调行业的竞争不断激化的背景下，决定空调产品竞争力的因素除了节能性、舒适性与美观性外，低振动与低噪音也同样是保障空调产品竞争力的关键性指标。为此，就要结合中央空调风管机的技术特点以及产品工艺情况对中央空调风管机电机的振动过程进行深入的分析，从而基于对电机振动机理与特征的分析，来实现对中央空调风管机电机振动问题的优化，并提升自身产品的市场竞争力。

2. 中央空调风管机电机振动原理分析

在进行中央空调风管机设置的过程中，由于产品自身的特殊性，使得在行业普遍使用的为非标单相电容运转异步电动机。而运作机理为在单相电机的定子铁芯中嵌入了对应的两相绕组，并且这两个两相绕组的轴线在空间的表现上呈现为90°的电角度差，而且由于两相绕组在匝数、线径分布的差异性，使得其中的一相通常会被称为主绕组，另一相则叫作副绕组或起动绕组。而在副绕组中，其串联移相元件在电容需要接入到电源中，而电容在电机当中，不仅需要参与启动，还需要参与到运转当中，因此其也被称为单相电容运转异步电动机^[1]。

而在进行单相电容运转异步电动机的设置过程中，如果其定子上的主、副相绕组完全对称，在将其接入到两相对称电源中，便会在空间内部产生旋转的圆形磁场，并且旋转磁场的速度与电源频率以及电机极数之间也有着密切的关联。同时，单相电机的转子上通常铸造有相互连接的鼠笼型铝条。当电机磁场的转动速度为n1速度时，位于旋转磁场内部的转子导条就会对吸磁力线进行切割，以产生感应电势与感应电流。而在磁场的作用下，感应电流会在磁场的作用下产生电磁力与电磁力矩，并形成相应的转速n2。一般在电机正常运转的情况下，电机转动的速度与旋转磁场的转速n1之间不会处于同一速度。这是由于当电机转动速度与磁场转动速度相同时，其转子导条是相对静止于旋转磁场的，在这种情况下，导条不会产生感应电动势和感应电流，并电机也不会出现电磁力矩，因此便会处于停止转动的情况。在转子的速度要始终低于旋转磁场速度的情况下，这种电机可以被称为“异步电动机”。

而主绕组与副绕组的轴线，通常在空间上要相隔90°的电角度。并且其副绕组的串联电容会与主绕组同时接于电源上。而也使得由于副绕组与电容之间的串联，使得副绕组的电流在相位上要超前于主绕组中的电流90°或接近与90°，这使得电机的两相绕珠能够随之生成对应的圆形或椭圆形旋转磁场。在将其应用与空调电机的设计当中，由于其需要能够达到空调所要求的风量与噪音值，使得主、副相绕组位于一个长期不对称的状态下，令其在运行的过程中，谐波的成分相对较大，由此引发了电机振动问题的产生。需要注意的是，定转子气隙不均匀或转子的动平衡性出现问题时，也同样会引发电机振动的产生，并且在一些情况下，如果电机的振动频率与整机的固有频率相近，也会导致其产生共振，且振动情况也更加严重^[2]。

三、振动问题研究

为了进一步研究中央空调风管机电机的振动问题，就要基于实验研究来对其在实际运行中的具体案例进行分析。在该实验中，由于研究的振动问题的风管机型号为S-KFR160T2/Y-A4。而其在处于低风档运行的过程中，电机轴向窜动的问题较为严重，并导致了电机支架与整个风管机的晃动问题。而该风管机系统在安装的过程中，其左端电机轴与风量直联传动，并且其右端的两个离心风轮是通过与联轴器与电机进行连接的。

四．测试数值分析

在基于朗德振动噪音进行系统测试后，对风档的振动值进行测试的过程中，可以发现当其处于低风档的运行状态时，电机的振动值表现相对较大，而基于电机运转在低风档振动最大时的FrF频谱图进行研究时，可以发现，其电机的轴向振动加速表现为0.577m/s²，在整体上表现为径向振动加速度0.104m/s²的5.5倍，而在对两者的FFT频谱图进行研究后可以发现，其轴向振动加速度在达到12Hz后会达到一个明显的峰值，并且也是导致振动问题的重要来源。同时，在对振动峰值进行分析的过程中，可以发现在使用闪频仪来对电机低风档进行测试后，其转速为738rpm。由此可知当电机位于低风档时，其电机的选择频率为12Hz，并且导致电机振动的根源为轴向旋转振动。

五、改良优化设计

基于电机整体加速度在达到12Hz后会达到振动峰值的特点。为此，就需要在进行整改的过程中，结合实际测量过程中的振动数值，来对电机的转速进行调整，从而使电机能够避免于运行在12Hz附近，以防止振动的发生。在测量的过程中，可以发现当电机转速降低到657rpm以下或提升到822rpm以上时，其电机的轴向振动值均得到了大幅度的降低。这也使得可以通过对低风档转速进行调整，来解决电机的振动问题。但其如果对电机的低风转速进行调整，其风量、噪音、制冷量、凝露、电机发热等问题需要基于实验的验证才能够明确。

由于对低风转速进行调整存在有一定的不确定性，因此需要在转速不变的情况，来对电机支架的刚度适当的进行提高。而这种维护方式的基础在于，根据噪音振动机理进行分析可以发现，电机支架刚度的提升也同样能够实现对电机振动问题的有效控制。在将电机支架的厚度由2mm提升到2.5mm后，可以发现，其轴向振动加速度值的控制效果可以得到良好的保障。因此，对于中央空调风管机电机振动问题的出现而言，采取控制低风档转速与提高支架刚度方式同样有效，并且振动值均能够得到有效的保障。但实际运行的过程中，降低低风档转速可能会对空调风管机的运行产生一定的影响。因此，选择提升电机支架刚度的措施更为可靠。

结论：综上所述，基于对中央空调风管机电机振动原理以及实测研究可以发现，其振动问题通常都是由于轴向旋转振动所导致的。而结合优化设计研究，在改良的过程中可以采取提升电机支架刚度的方式，来实现对中央空调风管机电机的振动问题的有效处理。

参考文献：

[1]卢志勇.空调电机振动噪音产生的原因及解决对策[J].电子世界,2018(09):101.

[2]张海燕.关于空调用直流电机产品的振动噪音问题的解析[J].电子质量,2017(11):47-50+60.