摘要：當今是資源極度重要的時代，水力資源是世界上重要的能源資源之一，水輪發電機能夠將水能轉化為電能，從而為社會生活帶來了很多的便利。水輪發動機效果的優劣可以通過其發生產生的振動及噪音得到初步判斷，故而對水輪發電機的振動分析是一個至關重要的環節。該文主要是研究水輪發電機在電磁振動方面的內容，分析其所帶來的影響，并追根溯源，找到導致電磁振動的原因，進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行有效的配置，利用水輪發電機將水力資源轉化為電力資源就是有效配置資源的一種方式。但是水輪發電機的工作過程中會由于機組、水力和電流的原因而產生振動，引起噪音的產生，對此必須采取措施進行改造。

1 水輪發電機電磁振動分析

1.1 電磁振動簡介

現在是電子科技飛速發展的時代，人們的生活幾乎離不開電力資源，水輪發電機的創造使電力資源的獲得變得更加容易。不同于使用柴油發電機時成本消耗大，利用水輪發電機進行電能轉化在一定程度上來說是比較節省成本的。但是在水輪發電機運轉工作的過程中，機器會經常發出一些噪聲。眾所周知，聲音是由于物體振動而產生的。水輪發電機所產生的噪音也是由于機器在工作過程中發生了振動而導致的。水輪發電機的振動分為幾類，該文主要研究其電磁振動。所謂電磁振動，是指水輪發電機在工作過程中，機組內部的電流產生電磁效應，造成磁場的產生。而且，在這過程中所產生的電磁場不是固定不變的，而是在不斷變化的。此時，水輪發電機內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，進而產生電磁振動。這種電磁振動的現象比較明顯，從外部可以看到水輪發電機機身明顯振動，并伴隨著噪聲的發出。

1.2 電磁振動的影響

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

1.3 電磁振動的原因

任何問題的產生都是有相關原因的，根據水輪發電機的基本構造以及產生電磁振動的物理學原理進行分析，可以大致得出造成水輪發電機產生電磁振動的原因。根據物理學中的磁場相關理論，由于發電機在運行過程中，電流之間形成了電磁場，在磁場的作用下，發電機的內部零件振動，形成了電磁振動。可以將導致這種現象的原因分為兩類：發電機短路和發電機不對稱運行。進一步分析，一方面，發電機短路，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環節。發電機短路會使得水輪發電機內的轉子受到機器內的作用力影響，進而對機器造成危害。另一方面，發電機不對稱運行，發電機內部的電流會由于發電機的不對稱運行而失衡，就會產生一個正序和負序的旋轉磁場。而發電機的定子和轉子之間會受到這種旋轉磁場的作用，這就會使得定子與轉子之間產生電磁振動。

2 水輪發電機的噪聲改造對策

2.1 選擇定子槽數

根據電磁學原理，水輪發電機在工作時，當電流通過定子繞組時會產生分數諧波磁場，與此同時，在氣隙中也形成了氣隙主波磁場，這兩種磁場之間會產生一種相互作用力，在這種力的作用下會形成激振力波，最終導致水輪發電機高頻振動。因此，可以通過對分數次諧波磁場的控制進而對水輪發電機的電磁振動進行控制，改造其噪聲。對此，可以對水輪發電機的定子槽數進行重新確定。實驗證明，將發動機的定子槽數根據實際情況重新選擇，可以有效地降低這種電磁振動。在確定定子槽數時，可以從多個方面進行考慮：第一，新確定的定子槽數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生諧波，該諧波與轉子所產生的高次諧波之間會產生一種力波，必須要控制這種力波所對應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，控制處于低節點的力波所對應的定子鐵芯的固有頻率應該盡可能地與100Hz有更遠的差距。

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，因此對定子鐵芯進行改造也是一種控制電磁振動、改造水輪發電機噪聲的有效方法。通過分析定子的組成以及電磁振動的原理，可以從3個方向對水輪發電機的定子鐵芯進行改造：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。實驗發現，在發電機在振動的情況下，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備故障的可能性。同時，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松動的跡象。對于鐵芯兩端，也可以通過加強兩端的粘性，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行傳導的，增加定子的用銅量，就能夠使電流密度有所降低，進而降低發電機機組的熱負荷，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電機內的電磁振動產生一定的影響，故而，做好機器內部的工作環境的溫度控制，也可以進一步減少噪音的產生。對于水輪發電機的電磁振動，可以通過對定子線棒的溫度進行控制，降低線棒的溫度，以達到最終目的。對此，可以從定子線棒的材料、繞組方式以及絕緣體系進行改造。對定子線棒的構成材料改造，應使用雙玻璃絲包線的定子線棒；對繞組方式進行分析，發電機機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行分析，采用更為高效的絕緣系統，使定子槽內的傳熱得到有效的傳遞，提高絕緣傳熱系數，最大限度地將線棒中由于電流而產生的熱量傳遞出去，降低線棒的溫度。

3 結語

為了應對社會日益增長的用電需求，人們創造了水輪發電機，將蘊藏在水資源中的能量轉換到電力之中，極大地方便了社會生產生活。但是實驗發現，水輪發電機在工作過程中會由于電磁振動產生噪音。通過分析發現，水輪發電機產生電磁振動主要是由于發電機短路和發電機運行不對稱造成。而振動不僅會產生噪聲，還會影響機器自身的運行。對此，可以從定子槽數、定子鐵芯的構造、定子線棒的溫度這三個方面去進行改造，降低噪音。