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
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 fre que nc y(Hz ) 7000 8000 9000
20
10
10
-1
0
10000 -2 10
10
-3
• 基于频谱的声源分析
0
1000
2000
3000
4000 5000 6000 Fre que nc y(Hz )
7000
8000
噪声的实验分析
机械噪声检测的虚拟仪器原理图
显 示 参 数 设 置 触 发 采 集 信 号 判别 是 否合 格 给 出 指 令 等 待 触 发
分 析 存 储
电机噪声在线检测流程图
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噪声的实验分析
某电机噪声自动检测的虚拟仪器
检测历史数据查询界面
测量监测界面
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1—异响车 2—正常车
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。
驾驶员左耳噪声响度的时间历程
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噪声的实验分析
车内噪声的尖锐度分析
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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 – 转子不平衡 -炭刷摩擦噪声 -轴向窜动
• 轴承噪声
– 与轴承的配合、质量、制造精度有关 2n f = – 轴承内外圈的圆度公差使轴承产生振动： 60 – 直径不同滚珠均匀相间排列时振动： R1 Z n
– 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
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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
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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 g
1 40 lg( ) ∆ Lp = – 气隙g加大噪声级下降公式： g2
• 测量物理量
– 声压
• 现代评价量
– – – – – 烦恼指数 响度 粗糙度 抖动度 尖锐度
• 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)
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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
驾驶员左耳噪声抖动度的时间历程
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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
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3000 4000 5000 6000 Frequency (Hz) Relative Spectrum of A weighted sound level compressor noise
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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
R1、R2内、外滚道半径，Z滚珠数 f =
• 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。
R1 + R 2 2 60
.
.
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电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
1 0 0 00
声源辨识技术及其应用
X型压缩机噪声A声级频谱
Spectrum of A weighted sound level of compressor noise: y6 Spectrum of A weighted sound level of compressor noise: y6
50 50 40
40
Sound Level dB(A)
30
30
20
Sound Level dB(A)
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
20
10
10
0
-10
0
-200
-10
Frequency (Hz)
-20 0 500 1000 1500 2000 2500
Frequency (Hz)
24 Bark
S = K1 ⋅
∫ N ′( z ) ⋅ z ⋅ g ( z ) ⋅ dz
0
1 ⎧ ⎪ g ( z ) = ⎨ ln 2 ⋅( z −16 ) 2 ⎪ z > 16 ⎩e
1—异响车 2—正常车
N z ≤ 16
驾驶员左耳噪声尖锐度的时间历程
S：Zwicker’s尖锐度； N：总响度； K1：加权系数，K 1=0.11； N’(z)：临界频带的指定响度
• 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
各种方法的特点 适用场合
• 非稳态声源、运动声源、非定常声源
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声源辨识技术及其应用
声源分析的传统技术
A-weighted s ound pres s ure lever (dB)
• 声源分析的古典技术
– – – – – – – – 经验法 轮换法 覆盖法 隔离法 频谱分析 振动分析 相干分析 声振耦合分析
70
60
50
10
40
1
30
10
0
acc ele ration(g)
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声源辨识技术及其应用
噪声倒谱分析和倒谱滤波解耦
50 Sound Level dB(A) 40 30 20 10 0 -100 25 Sound Level dB(A) 20 15 10 5 00 1000 2000 3000 4000 Frequency (Hz) 5000 6000 1000 2000
Cepstrum
Spectrum of A weighted sound level of compressor noise: y6
Cepstrum of sound level of compressor noise: y6 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Quefrency (sec) 0.07 0.08 0.09 0.1
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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
• 斜槽 • 降低磁密度 • 控制共振噪声
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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
– 传统电磁噪声理论的发展 – 设计阶段已能控制电磁噪声
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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
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9000
10000
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2
Coherence Function Es timate
0
10 0 0
20 0 0
3000
4 0 00 5 0 00 6 00 0 F re q u e nc y (Hz )