电机噪声的分析与控制

电机噪声的分析与控制•电机噪声的机理•电机噪声的测量•电机的噪声诊断•电机噪声的控制上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声控制技术概况•我国电机噪声指标落后•电机行业的降噪要求强烈•电机风噪声方面，国产电机水平较低•国产电机的轴承，噪声偏高•二维电磁噪声理论–传统电磁噪声理论的发展–设计阶段已能控制电磁噪声上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声的主要噪声源•空气动力噪声–涡流噪声：转子和风扇引起空气湍流在旋转表面交替出现涡流•转子表面线速度、表面积、表面形状等因素–笛鸣噪声：空气在固定障碍物上擦过上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室•电磁噪声–转子磁滞伸缩变形–电机定、转子空气隙中的交变电磁力激励–气隙磁场（谐波磁场）引起磁极和机身的变形振动–定子、外壳的共振•电磁噪声的主要频率–电枢齿频率：Z电枢槽数，n转速，K正整数–电枢旋转频率：p极对数60nKZfz=60pnf=上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声的主要噪声源电机噪声的分析与控制电机噪声的主要噪声源•电磁噪声的强弱还与定子刚度、固有频率和声学特性有关•电磁噪声是单一频率的：在某一转速下固定不变。频谱不连续，包含一个或多个单峰•铁心固有频率较低时，启动过程中会产生较大电磁噪声，正常运行时，噪声反而降低上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声的主要噪声源•产生电磁噪声的其他原因–铁心饱和：铁心饱和时，磁场分布中加大了三次谐波的分量，噪声增加–开口槽：气隙越小，槽口越宽，“槽开口波”幅值越大–磁通振荡：直流电机中，电枢齿距与补偿绕组节距选择、配合不当，以及主极极弧宽度与电枢齿距配合不当–气隙动态偏心：旋转频率的单边磁拉力上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声的主要噪声源•机械噪声的机理–轴承噪声-炭刷摩擦噪声–转子不平衡-轴向窜动•轴承噪声–与轴承的配合、质量、制造精度有关–轴承内外圈的圆度公差使轴承产生振动：–直径不同滚珠均匀相间排列时振动：R1、R2内、外滚道半径，Z滚珠数•转子不平衡–转速越高，质量偏心愈大，噪声增加–频率是转子转速的低倍频，频率低。602nf=60.2.211nZRRRf+=上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声的测量与分析•调查性噪声测试–声级、声功率级•噪声的简易诊断–频谱分析•电机噪声的精密分析–现场噪声检测和实验室噪声分析–用振声法分析–心理声学分析–声源辨识技术上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制电机噪声源的识别•电磁噪声的识别–改变外施电压法–切断电源法•空气动力噪声识别–取下风扇•机械噪声识别–更换低噪声轴承或用滑动轴承–提起炭刷–从噪声频谱图上识别转子转速的低倍频成分上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制降低电磁噪声的措施•采用正弦绕组，减少磁势中某些谐波成分•合理选择定、转子齿槽配合•气隙的均匀性及气隙值的选取–气隙g加大噪声级下降公式：•斜槽•降低磁密度•控制共振噪声)lg(4021ggLp=∆上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制降低空气动力噪声的措施•采用自然冷却方式•合理设计风扇及风路结构–缩小风扇直径–选用合理间隙值–改进风扇结构–合理设计风路结构•降低冷却空气消耗量–降低电磁负荷–改善电机散热条件–降低通风阻力上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室电机噪声的分析与控制降低机械噪声的措施•采用滑动轴承•提高滑动轴承的精度•提高轴承精度，改善结构和装配工艺•保持轴承良好润滑•波形弹性垫圈的减小轴向窜动•保持轴承的角度误差昀小上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声测量与评价•测量物理量–声压•传统评价量–声压级–声强与声强级–声功率、声功率级–A声级dB(A)•现代评价量–烦恼指数–响度–粗糙度–抖动度–尖锐度上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声A声级时间历程正常车驾驶员左耳A声级时间历程异响车驾驶员左耳A声级时间历程上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声的1/3倍频程频谱1—异响车2—正常车驾驶员左耳噪声的1/3倍频程谱图上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析噪声的临界频带临界频带:频率的心理声学单位原理:人耳可以视为具有恒定百分比带宽的带通滤波器。这些假想的带通滤波器把声音信号的频率分割成有限的一些频带，称为临界频带，其单位是Bark.临界频带分为0~24段，与声音频率的换算公式为：()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=27500arctan5.300076.0arctan13ffz临界频带的带宽约为：中心频率低于500Hz时为100Hz，高于500Hz时为0.2fc。上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声的响度分析声压级和1/3倍频程频谱的同样声音，响度可以不同。人耳感觉到的噪声响度不仅与其幅值和频率有关，还同其持续时间长短有关。对于动态响度值的计算方法，目前还没有统一标准。1—异响车2—正常车驾驶员左耳噪声响度的时间历程上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声的尖锐度分析NdzzgzzNKSBark∫⋅⋅⋅′⋅=2401)()(S：Zwicker’s尖锐度；N：总响度；K1：加权系数，K1=0.11；N’(z)：临界频带的指定响度1—异响车2—正常车驾驶员左耳噪声尖锐度的时间历程⎪⎩⎪⎨⎧≤=−⋅16161)()16(22lnzezzgz上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声的粗糙度分析()()mod00mod240011.0ffffdzLRBarkE+∆⋅=∫驾驶员左耳噪声粗糙度的时间历程ΔLE:临界频带内的声压级变化幅值,ΔLE=LEmax-LEmin；fmod：调制频率；f0：调制基频，f0=70Hz。1—异响车2—正常车上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析车内噪声的抖动度分析N’max:临界频带内的指定响度昀大值N’min:临界频带内的指定响度昀小值fmod：调制频率；f0：调制基频，f0=4Hz。()()()mod00mod240minmaxlog36.0ffffdzNNFBark+′′=∫1—异响车2—正常车驾驶员左耳噪声抖动度的时间历程上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析噪声测量手段•机械噪声测量传统手段–声级计–传声器、放大器、分析仪•机械噪声测量现代手段–数字式仪器–虚拟仪器–智能检测：高背景噪声、非稳态噪声–间接检测上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析机械噪声检测的虚拟仪器原理图触发采集信号显示分析存储判别是否合格给出指令等待触发参数设置电机噪声在线检测流程图上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室噪声的实验分析某电机噪声自动检测的虚拟仪器上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室测量监测界面检测历史数据查询界面声场分析的主要方法•理论分析方法–理论解–几何声学–有限元法–边界元法–统计能量法•实验方法–声强法–声压法–声全息、近场声全息•混合方法–实验声场解析&(BEM+FEM)•目的–声压级分布特性–声源分析–声功率分析–声信息提取上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用声源分析的传统技术0100020003000400050006000700080009000100000.20.30.40.50.60.70.80.91Frequency(Hz)CoherenceFunctionEstimate010002000300040005000600070008000900010000010203040506070frequency(Hz)A-weightedsoundpressurelever(dB)01000200030004000500060007000800090001000010-310-210-1100101Frequency(Hz)acceleration(g)•声源分析的古典技术–经验法–轮换法–覆盖法–隔离法•基于频谱的声源分析–频谱分析–振动分析–相干分析–声振耦合分析声源辨识技术及其应用X型压缩机噪声A声级频谱01000200030004000500060007000-20-1001020304050Frequency(Hz)SoundLeveldB(A)SpectrumofAweightedsoundlevelofcompressornoise:y605001000150020002500-20-1001020304050Frequency(Hz)SoundLeveldB(A)SpectrumofAweightedsoundlevelofcompressornoise:y6上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用噪声倒谱分析和倒谱滤波解耦01000200030004000500060000510152025Frequency(Hz)SoundLeveldB(A)RelativeSpectrumofAweightedsoundlevelcompressornoise0100020003000400050006000-1001020304050Frequency(Hz)SoundLeveldB(A)SpectrumofAweightedsoundlevelofcompressornoise:y600.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1010002000300040005000600070008000900010000Quefrency(sec)CepstrumCepstrumofsoundlevelofcompressornoise:y6上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用声源分析进展•现代声源分析–现代信号处理技术的应用，时频分析，小波•声强分析–点阵声强，扫描声强•声全息分析–平面，圆柱面，球面，方阵–十字阵列，轮式阵–参考声源•近场声全息–全息面形状–全列阵与扫描•非稳态声源、运动声源、非定常声源各种方法的特点适用场合上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用复杂声源系统的声学模型•确定噪声源位置•分析非相干源的频率特性•部分声场分离•非相干源的贡献分析与输出预测()()()()()()()()()()()()()11y11111211211S,,,,,,××××−×××××××××××====⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=NNNxxHNNxyNNxxNNKKKuuHKNNNxxKHKNNTNNTKKHSHSSHGSGSUGXxxxXuuuUx1x2xNYpuku2u1Y1T1yT2yTNy＋g11g12g1Ng21g22g2NgK1gK2gKNh1yh2yhNy＋＋＋＋上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用方法验证：声源数量与特性辨识x1u1u2u3x2x5x3x6x4y上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用方法验证：声源位置与特性辨识声源与参考传声器位置上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室声源辨识技术及其应用声强技术及其应用•声强:I=p*u•应用：声功率测量、声源分析L21辐射声强方向传声器传声器2/)(21ppp+=02004006008001000120014001600180020003035404550556065Frequency/HzSoundLevel/dB(A)∫−∆−=dtppUr)(1120ρ010203040506070809001631.563125250500100020001/3倍频程/Hz声强级/dB(A)声源辨识技术及其应用声源分