變頻冰箱噪音改善研究

王曉鋒 余 濤 王 震

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近年來變頻冰箱由于在節(jié)能、保鮮等方面比傳統(tǒng)定頻冰箱具有明顯優(yōu)勢，已經(jīng)成為消費(fèi)者的首選，變頻冰箱的市場占有率也在大幅上升，冰箱變頻技術(shù)的研究也得到了迅猛發(fā)展。

變頻冰箱與傳統(tǒng)定頻冰箱相比，冰箱運(yùn)行過程中的智能化程度明顯提高，通過優(yōu)化變頻板軟硬件設(shè)計(jì)和程序控制，變頻冰箱的開停機(jī)噪音和穩(wěn)定運(yùn)行聲音都比定頻冰箱有較大幅度降低，靜音也成為變頻冰箱的一個(gè)重要賣點(diǎn)，而如何進(jìn)一步提升變頻冰箱的靜音水平也成為變頻冰箱研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。

在變頻冰箱市場噪音反饋中，我們發(fā)現(xiàn)變頻冰箱在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了與傳統(tǒng)冰箱不同的噪音情況。本文結(jié)合實(shí)例，通過市場反饋的變頻冰箱一類特殊高頻噪音，我們從變頻冰箱的噪音實(shí)測頻譜入手，結(jié)合變頻冰箱的結(jié)構(gòu)和工作原理，找到了冰箱產(chǎn)生高頻噪音的噪聲源，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了產(chǎn)品的噪聲品質(zhì)，為后續(xù)類似變頻冰箱的噪音改善提供借鑒和參考。

1 噪音源分析

1.1 噪音反饋

某款變頻冰箱在市場投放后，市場反饋冰箱在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)長時(shí)間的尖銳嘯叫聲音，尤其靠近冰箱壓縮機(jī)處特別明顯，部分用戶反映噪音無法接受，要求立即改進(jìn)。

1.2 冰箱噪音測試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)市場投訴，我們選擇了在產(chǎn)的同一型號(hào)三臺(tái)冰箱進(jìn)行了噪音測試，具體數(shù)值如表1。

表1 冰箱噪音測試數(shù)據(jù)

根據(jù)表1，冰箱整機(jī)的噪音值沒有異常，比合格標(biāo)準(zhǔn)值低，均在可接受范圍內(nèi)。通過進(jìn)一步對(duì)冰箱噪聲的頻譜進(jìn)行分析（圖1），可以看出冰箱在10 kHz下分貝值較大，而此頻段聲音在一些對(duì)高頻聲音敏感的人，相當(dāng)尖銳，容易產(chǎn)生不良體驗(yàn)，產(chǎn)生投訴。

圖1 冰箱噪聲實(shí)測頻譜

1.3 保護(hù)器噪音測試數(shù)據(jù)分析

針對(duì)10 kHz的聲源，通過人耳初步判斷是壓縮機(jī)保護(hù)器發(fā)出的聲音。為此，我們將保護(hù)器單獨(dú)接出到冰箱外部試聽，10 件同規(guī)格保護(hù)器有6 件出現(xiàn)噪音，4 件無明顯異響。

用信號(hào)發(fā)生器直接連接到保護(hù)器樣品，輸入10 kHz方波信號(hào)，采用手機(jī)測音軟件測試,發(fā)現(xiàn)同樣體現(xiàn)在10 kHz頻段，與冰箱測試頻譜相同。

對(duì)于出現(xiàn)噪聲的保護(hù)器，耳聽噪聲明顯且在頻譜上10 kHz處的幅值很高，如圖2所示。

圖2 保護(hù)器噪音實(shí)測頻譜1

對(duì)于耳聽噪聲不太明顯的保護(hù)器，在頻譜圖上10 kHz處仍能看出較為明顯的峰值點(diǎn)，不過比有噪音保護(hù)器的峰值高度要低很多，如圖3所示。

圖3 保護(hù)器噪音實(shí)測頻譜2

2 產(chǎn)生噪音的原因分析及解決方案

2.1 原因分析

2.1.1 保護(hù)器接直流端驗(yàn)證

此款冰箱的保護(hù)器是接在變頻板整流橋后的一段震蕩電路（見圖4），該段電路會(huì)對(duì)冰箱保護(hù)器輸入10 kHz的高頻信號(hào)；經(jīng)過多次判斷，當(dāng)保護(hù)器被輸入10 kHz信號(hào)以后，保護(hù)器內(nèi)部的電阻絲與10 kHz信號(hào)發(fā)生了諧振（或激振），產(chǎn)生高頻噪聲。由于保護(hù)器電阻絲本身在尺寸、形狀和裝配方面也存在一定的公差范圍，所以在10 kHz信號(hào)下表現(xiàn)出來的諧振（或激振）程度在耳聽感受和噪音頻譜上會(huì)有所差異。

圖4 變頻板直流端接保護(hù)器示意圖

2.1.2 保護(hù)器接交流端驗(yàn)證

為進(jìn)一步判斷是否直流端輸入是產(chǎn)生噪音的來源，我們把同一款保護(hù)器接在另一款采用日常交流電源（220 V/50 Hz）輸出的變頻板進(jìn)行測試（圖5），保護(hù)器沒有產(chǎn)生此類噪音，因此，我們可以得出，保護(hù)器產(chǎn)生噪音的根本原因在于保護(hù)器與變頻板直流端振蕩電路產(chǎn)生諧振，如果保護(hù)器的輸入采用正常交流電50 Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波時(shí)，保護(hù)器不會(huì)產(chǎn)生諧振。

圖5 變頻板交流端接保護(hù)器示意圖

2.2 改進(jìn)措施

從上述分析中，我們可以得到解決諧振（或激振）的初步思路，通過以下兩方面來規(guī)避諧振。

1）改變變頻板對(duì)保護(hù)器的輸入電路頻率（降低或增大頻率），避開保護(hù)器的固有頻率段。

2）調(diào)整保護(hù)器電阻絲結(jié)構(gòu)，改變保護(hù)器固有頻率，避開與變頻板輸入的高頻電路的諧振。

在實(shí)例冰箱中，在不影響保護(hù)特性的前提下，我們確定了調(diào)整保護(hù)器電阻絲形狀的方案，最終調(diào)整方案如圖6 所示。

圖6 保護(hù)器調(diào)整

2.3 改進(jìn)驗(yàn)證

1）保護(hù)器噪音:

對(duì)改進(jìn)后的保護(hù)器單獨(dú)搭載變頻板進(jìn)行噪聲檢測，保護(hù)器未發(fā)現(xiàn)異常噪音，通過噪聲軟件測試，在10 kHz信號(hào)下的噪音值無明顯異常（見圖7）。

圖7 改進(jìn)保護(hù)器噪音實(shí)測頻譜

2）整機(jī)噪音測試情況。

再對(duì)改進(jìn)后保護(hù)器的整機(jī)進(jìn)行噪音測試，整機(jī)無異常諧振聲音，從測試頻譜圖上看（見圖8）， 10 kHz下噪音顯著下降，整機(jī)改進(jìn)效果明顯。

圖8 改進(jìn)保護(hù)器整機(jī)噪音實(shí)測頻譜

通過對(duì)保護(hù)器和整機(jī)分別驗(yàn)證的結(jié)果，我們可以看到由保護(hù)器與變頻板輸入電路產(chǎn)生的諧振噪音得到了消除，也進(jìn)一步證明了我們問題改進(jìn)的思路是正確的。另外，從消除諧振源來說，我們也可以改變變頻板輸入電路的頻率達(dá)到同樣的消除諧振的效果，考慮機(jī)理相同，本文不再贅述。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)變頻冰箱壓縮機(jī)保護(hù)器高頻諧振噪音產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并通過改進(jìn)保護(hù)器的固有頻率消除了諧振源,為變頻冰箱的噪音改善提供了參考，同時(shí)通過上述研究我們也能有以下進(jìn)一步的分析。

1）傳統(tǒng)的冰箱保護(hù)器設(shè)計(jì)需要適應(yīng)變頻冰箱的電源變化。一直以來，傳統(tǒng)冰箱的保護(hù)器的設(shè)計(jì)目的就是接在 220 V/50 Hz或60 Hz火線側(cè),起到過熱、過流等異常情況下實(shí)現(xiàn)切斷電路保護(hù)壓縮機(jī)的功能，由于保護(hù)器端輸入基本是50 Hz或60 Hz的低頻段，而保護(hù)器自身的固有頻率基本上在 3 kHz以上的高頻段，因此傳統(tǒng)冰箱保護(hù)器基本不會(huì)產(chǎn)生諧振的噪音。而變頻冰箱變頻板的輸出電路頻率一般為10～100 kHz，如果輸入到保護(hù)器，就有可能與保護(hù)器的固有頻率產(chǎn)生諧振，這提醒我們變頻冰箱在借用傳統(tǒng)冰箱的零部件時(shí)，需要全面考慮變頻冰箱電壓頻率等輸入改變可能導(dǎo)致相關(guān)電氣零部件適應(yīng)性的變化。

2）變頻板的設(shè)計(jì)參數(shù)需要進(jìn)一步規(guī)范。在變頻冰箱發(fā)展過程中，變頻板最初一般設(shè)計(jì)為單純的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)板，保護(hù)器的輸入以交流電壓輸入為主。經(jīng)過多次迭代開發(fā)，變頻板與控制板集成的一體板開發(fā)技術(shù)已日趨成熟，而一體板的過程中，保護(hù)器的輸入也逐步改變?yōu)橛勺冾l板上直流載波電路供電。此案例中變頻一體板輸出的載波電路的頻率與保護(hù)器固有頻率產(chǎn)生諧振引起的噪音投訴在國內(nèi)外尚屬首次。通過本案例的研究，我們完善了冰箱變頻板的電壓頻率等輸出參數(shù)的規(guī)范，統(tǒng)一了變頻板輸入?yún)?shù)，也避免了后期因不同廠家或產(chǎn)品變頻板設(shè)計(jì)差異，再次出現(xiàn)類似產(chǎn)品諧振噪音的問題。

3）現(xiàn)有噪音實(shí)驗(yàn)分析方法需要進(jìn)一步完善。以往冰箱進(jìn)行噪音測試時(shí)，最終關(guān)注的是整機(jī)的噪音水平，對(duì)于特殊頻率下的噪音峰值分析做得不多，本文案例中，我們可以看到產(chǎn)生噪音投訴的重點(diǎn)不是整機(jī)噪音，而是產(chǎn)品在某一高頻段下的噪音，這就提醒我們開發(fā)人員，冰箱的噪音分析不僅要分析整機(jī)的噪音，更要對(duì)產(chǎn)品規(guī)律性的高頻段噪音進(jìn)行重點(diǎn)分析，避免因產(chǎn)品異常噪音產(chǎn)生的聲品質(zhì)下降導(dǎo)致的市場投訴。

本文是基于對(duì)變頻冰箱高頻諧振噪音產(chǎn)生的原因以及解決方案的研究，但相關(guān)技術(shù)研究成果和實(shí)施思路可應(yīng)用到使用變頻板和保護(hù)器的其他產(chǎn)品領(lǐng)域，具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。