发电机导致的NVH问题控制
一、发电机的结构
发电机结构见图1。
二、发电机噪声类型
交流发电机噪声比较复杂,涉及多个学科的知识,但是从其机理上讲,可以分为电磁噪声、气动噪声和机械噪声(见图2)。
三、电磁噪声的影响因素
电磁噪声的影响因素与以下几个方面:
1、定子的固有频率
当径向电磁力波与定子的固有频率接近时,就会引共振使振动与噪声大大增强,甚至危及电机的安全。
2、磁场强度和气隙磁密
由径向交变力波产生的噪声它的强度与气隙磁密的平方成正比。气隙磁密主要由定转子间隙决定(见图3)。
3、定、转子槽数
决定谐波次数。在大多数情况下,次数小于10 的影响较大,高次数的力波一般不考虑。
4、定、转子齿槽的轮廓
由于定子或转子上齿槽的影响,磁导将产生周期性变化,而引起气隙磁密的大小周期性变化,而产生了一阶齿谐波。
5、定、转子的偏心或磁路的不对称,
引起磁通分配的不对称,而出现一边受力大、一边受力小的单边磁拉力现象,它随着转速而周期性地变化。
电磁噪声案例分析:
在怠速前1300rpm左右,突然出现36阶电磁噪声峰值,因为此时发电机开始发电;在中速以下阶段(8000rpm以下),电磁噪声是主要贡献;
四、电磁噪声解决措施
1、选择适当的气隙磁密,不应太高,但过低又会影响材料的利用率,降低输出;
2、选择合适的定、转子槽数槽配合,避免出现低次力波;
3、合理运用爪极坡面,减小齿谐波噪声;
4、定、转子加工与装配,应注意它们的圆度与同轴度,尽量使定、转子磁路对称均匀,迭压紧密;
5、采用精锻爪极,提高铁芯的质密度,使磁场更均匀;
6、注意避开它们的共振频率。
五、机械噪声的影响因素
机械噪声的来源有很多,如发电机转子不平衡或者装配偏差所引起较大的振动,轴承自身以及受其激励的发电机端盖的振动,电刷与换向器等接触而产生的摩擦振动,集电环表面有毛刺或圆度不够等多方面原因所产生的噪声,这些都会向外辐射噪声,另外还有其它类似的机械噪声源(见图7)。
1、机械噪声在高速阶段(8000rpm以下)的贡献更突出;
2、单独分析机械噪声比较困难,一般和风噪一起来分析;
3、在高速以上(8000rpm以上),风噪则是发电机噪声的主要贡献;
4、主要分析由风扇产生的噪声,阶次与风扇叶片数成倍数关系,如图中的10阶、14阶、20阶、28阶。
降低机械噪声的方法:
1、一般应采用密封轴承,防止杂物进入。
2、轴承外圈与轴承室的配合、内圈与轴的配合,一般不宜太紧。
3、严格控制转子和风扇的不平衡量(见图9)。
4、选择换向性能与摩擦性能良好的碳刷,选可靠的弹簧。
5、保证合适的碳刷压力。
6、控制换向器的圆度,确保换向器包面无毛刺。
六、空气动力噪声的影响因素
空气动力噪声的影响因素有以下三个方面:
1、发电机的转速
2、风扇与转子的形状、粗糙度、不平衡量;
3、气流的风道截面的变化和风道形状
七、降低风噪的方法
1、适当减小风扇直径,但会影响冷却效果;
2、采用非对称风扇,不等高扇叶,以破坏其“共鸣”条件;
3、风道中尽量减少障碍物,风道的截面变化不要突然;
4、发电机出风口采用斜筋,与风向一致,减小风阻;
5、转子的表面应尽量光滑
如果有兴趣进一步了解发电机啸叫噪声治理,推荐阅读王维等发表的论文《某乘用车发电机性能开发与NVH 控制》一文。
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