車用發(fā)電機36階次噪聲來源的試驗研究

劉 星，閆 兵,張勝杰，唐 琴

(1.四川航天職業(yè)技術(shù)學院，廣漢 618300；2.西南交通大學，成都 610031； 3.成都華川電裝有限責任公司，成都 610106)

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車用發(fā)電機36階次噪聲來源的試驗研究

劉 星1,2，閆 兵2,張勝杰3，唐 琴3

(1.四川航天職業(yè)技術(shù)學院，廣漢 618300；2.西南交通大學，成都 610031； 3.成都華川電裝有限責任公司，成都 610106)

為了確定車用發(fā)電機在低速段36階次噪聲來源，采用不同的勵磁方式對發(fā)電機噪聲進行測試分析。結(jié)果表明，36階次噪聲不是電樞噪聲，而是電磁噪聲，其對發(fā)電機總聲壓級貢獻最大，并隨著轉(zhuǎn)速上升而增大，勵磁電壓的減小而降低。該研究工作確定了36階次噪聲的來源，為下一步電機噪聲控制指明了方向。

聲學；發(fā)電機；36階次噪聲；勵磁電壓；噪聲測試

0 引 言

汽車發(fā)電機噪聲一般具有特定的階次，很容易產(chǎn)生一種刺耳的主要由單頻或較少頻率成分組成的嘯叫聲，令車上乘員感到不適[1]。所以在對車輛乘用舒適性要求越來越高的今天，發(fā)電機NVH性能研究也受到相關(guān)研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠家的重視。

發(fā)電機在正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主要噪聲為機械噪聲、氣動噪聲和電磁噪聲3大類，其中電磁噪聲在發(fā)電機低速段對噪聲起主導作用[2-3]。有不少文獻對發(fā)電機電磁噪聲進行研究，指出電磁噪聲主要是由電磁力引起的結(jié)構(gòu)共振而輻射噪聲，表現(xiàn)為36階次形式[4-6]。但是由于其特殊結(jié)構(gòu)，噪聲的測量都在負載情況下進行，單說36階次噪聲是電磁噪聲還不夠準確，還有可能是定子電樞繞組通過交變的電流后洛倫茲力[7]引起結(jié)構(gòu)振動后輻射的噪聲(以下簡稱電樞噪聲)。本文針對這一問題，采用自勵和他勵兩種不同的勵磁方式對發(fā)電機進行噪聲測試，準確判斷了36階次噪聲類型，并討論了勵磁電壓對36階次噪聲的影響規(guī)律，對下一步電機降噪具有很好的指導意義。

1 發(fā)電機噪聲特性試驗

本次試驗使用成都華川電裝有限責任公司供某車型的交流發(fā)電機進行噪聲測試分析，麥克風為丹麥G.R.A.S.公司生產(chǎn)，轉(zhuǎn)速傳感器為基恩士公司提供，數(shù)據(jù)采集采用德國Head Acoustics的DIC24采集卡完成多路信號采集，采集到的信號通過軟件Artemis進行結(jié)果分析處理，可調(diào)直流電源為杰創(chuàng)電子測控科技有限公司生產(chǎn)，其電壓負載穩(wěn)定性小于0.1 V。

實驗在西南交通大學汽車工程研究所的電機聲功率測試實驗室[8]內(nèi)整機狀態(tài)下進行，該實驗室的聲學環(huán)境已達到標準GB/T6882—2008的要求[9]。分別在空載工況下、負載(自勵)工況下、外部供勵磁電壓(他勵)工況下進行測試。分別選擇距發(fā)電機中心0.5 m處的前、后、左、右、上5個測點進行聲壓測試 ，如圖1所示。

圖1 試驗臺架示意圖

定義待測點聲壓的有效值為pe，則聲壓級Lp定義：

(1)

式中:pref為參考正體聲壓，取2×10-5Pa，這個數(shù)值是正常人耳對1kHz聲音的可聽閾聲壓。

再根據(jù)能量疊加原理，可得到聲壓級的平均值Lpm：

(2)

式中:Lpi(i=1,2,...,m)為第i個測點測得的聲壓級，m為測點總數(shù)。本實驗中，m=5，所使用的聲壓級均為A聲級。

2 發(fā)電機噪聲階次分析

旋轉(zhuǎn)機械的噪聲信號中多數(shù)離散頻率分量都與主旋轉(zhuǎn)頻率有關(guān)，以參考軸的轉(zhuǎn)速為基本轉(zhuǎn)速，所對應的基本頻率(基頻)定義為階次1，其他與轉(zhuǎn)速相關(guān)的頻率為基本頻率的N倍信號則定義為N階次，分析信號中階次能量即為階次分析(又稱階比分析)。階次與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可表示：

(3)

式中:f為信號頻率；O為階次；n為參考軸轉(zhuǎn)速(r/min)。階次分析實質(zhì)上是將等時間間隔的信號轉(zhuǎn)換成等角度間隔的信號，再對其進行頻譜分析的一種信號處理方法。本文后續(xù)分析都采用階次分析方法，得到發(fā)電機的噪聲特性。

如圖2所示，在空載工況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)電機總噪聲聲壓級增大，6階次、12階次、18階次、36階次等主要階次與總噪聲相差都在10 dB以上。但在負載工況下，36階次噪聲遠遠大于6階次、12階次、18階次，與總噪聲變化趨勢幾乎一樣，如圖3所示，在一些峰值點，其聲壓級相差只在1 dB左右，相比其他階次，36階次噪聲對總噪聲貢獻最大。如圖4所示，在負載工況下，36階次噪聲大于在空載工況下36階次噪聲，這說明36階次噪聲是加負載后引起的。

圖2 空載工況主要階次聲壓級對比圖3 負載工況主要階次聲壓級對比

圖4 負載和空載36階次聲壓級對比

3 發(fā)電機36階次噪聲分析

3.1 勵磁電壓測量

為了降低負載工況下36階次噪聲對總噪聲的影響，就必須清楚36階次噪聲究竟是電磁噪聲還是電樞噪聲，這就有必要對發(fā)電機勵磁電壓進行測量。負載工況下，原動機拖動發(fā)電機加速上升，記錄轉(zhuǎn)速與勵磁電壓數(shù)據(jù)，分析結(jié)果如圖5所示。勵磁繞組端電壓隨轉(zhuǎn)速成上升趨勢，但增幅不大，在2 500 r/min附近趨于穩(wěn)定，其平均電壓在12.5 V左右。

圖5 負載工況勵磁繞組端電壓與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

3.2 36階次噪聲類型分析

斷開負載，采用外部直流電源給勵磁繞組提供12.5 V恒定電壓，如圖6所示，對發(fā)電機噪聲進行測試。噪聲分析結(jié)果如圖7所示，36階次噪聲在自勵和他勵工況下基本一致。這說明36階次噪聲是由于勵磁繞組通電后，轉(zhuǎn)子與定子之間周期的交變磁拉力引起結(jié)構(gòu)振動而輻射的電磁噪聲；并非在負載下，定子中的電樞繞組通電后洛倫茲力引起結(jié)構(gòu)振動而輻射的電樞噪聲。在2 500 r/min以下，他勵36階次電磁噪聲比自勵大；而在2 500 r/min以上，他勵36階次電磁噪聲比自勵小，這是因為在自勵工況下，勵磁繞組端電壓在2 500 r/min以下比12.5 V低，在2 500 r/min以上比12.5 V高的緣故(如圖5所示)。

圖6 他勵工況噪聲測試圖圖7 自勵和他勵工況36階次噪聲對比

3.3 勵磁電壓對36階次噪聲的影響

采用直流電源給勵磁繞組分別提供12 V、11 V和10 V電壓，分析結(jié)果如圖8所示，36階次電磁噪

圖8 不同勵磁電壓36階次噪聲對比

看出，隨著轉(zhuǎn)速的增加，36階次電磁噪聲聲壓級成增大趨勢，且波動較大。因此，在滿足發(fā)電量的前提下，減小發(fā)電機勵磁電壓可有效降低36階次電磁噪聲。

4 結(jié) 語

采用不同的勵磁方式對車用發(fā)電機36階次噪聲進行了試驗研究，從試驗結(jié)果可知，在低速負載工況下，36階次噪聲不是電樞噪聲，而是電磁噪聲，對發(fā)電機總聲壓級貢獻最大，并隨著轉(zhuǎn)速上升而增大，勵磁電壓的降低而減小。本文研究工作確定了36階次噪聲的來源，為下一步電機噪聲控制指明了方向。

[1] 徐亞維，葛長發(fā).汽車用交流發(fā)電機噪聲淺析[J].汽車電器，1994(3):5-8.

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Experiment Study on the Source of 36 Order Noise of an Automotive Alternator

LIUXing1,2,YANBing2,ZHANGSheng-jie3,TANGQin3

(1.Sichuan Aerospace Vocational Polytechnic,Guanghan 618300,China;2.Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；3.Chengdu Huachuan Electric Parts Co., Ltd.，Chengdu 610106，China)

In order to determine the source of 36 order noise of an automotive alternator at low speed, using different excitation modes were used to test and analyze for alternator noise. The results show that 36 order noise is not the armature noise, but the electromagnetic noise, which is the largest contribution to the total sound pressure, and rises as the speed increases, reducing the excitation voltage is reduced. The study identifies the source of 36 order noise and specifies the direction for further alternator noise control.

acoustics; alternator; 36 order noise; excitation voltage; noise test

2014-03-10

TM34

A

1004-7018(2016)06-0035-02

劉星(1987-)，男，助教，研究方向為車輛故障診斷、噪聲與振動控制。