張廣泰，陳 城，張海龍，潘守文

（常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司，江蘇 常州213025）

0 引言

噪聲給人類健康帶來的危害僅次于空氣污染[1]。隨著各國對于噪聲的重視，對電氣設(shè)備的噪聲也有了一定的限制。日本制定了相應(yīng)的法律來限制工業(yè)噪聲[2]。在產(chǎn)品性能趨于接近的情況下，噪聲水平將直接影響產(chǎn)品本身的競爭力，并且關(guān)乎到能不能進(jìn)入到發(fā)達(dá)國家市場。因此，對相關(guān)電氣設(shè)備分析，并進(jìn)行噪聲改善就變得尤為重要。本文針對一款變流器不同運(yùn)行功率下噪聲測試，通過對噪聲數(shù)據(jù)的分析，嘗試用消聲材料來抑制噪聲，并分析消聲材料帶來的有益效果。

1 變流器柜內(nèi)主要噪聲來源

變流器內(nèi)部集成了多種電子器件，同時為了滿足散熱需求，在柜體的前后面開有進(jìn)風(fēng)孔。柜頂裝有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)工作時，冷風(fēng)從前后面的進(jìn)風(fēng)孔進(jìn)入柜內(nèi)，從下往上，最后將柜內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過頂部的風(fēng)道傳到柜外。噪聲通過前后面的進(jìn)風(fēng)孔、柜頂出風(fēng)風(fēng)道以及柜體鈑金件傳播，如圖1所示。同時振動輻射噪聲對整體噪聲也有一定貢獻(xiàn)，不可忽略[3]。

圖1 電器柜進(jìn)出風(fēng)示意圖

電抗器是變流器中不可或缺的一部分。電抗器的噪聲來源主要來自鐵心的周期性震動[4]，在柜體的裝配過程中，電抗器一般是直接采購的電抗器廠家成品，因此無法再對其本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，其產(chǎn)生的噪音對整體的影響較大。

2 噪聲測試背景及主要噪聲頻段分布

2.1 噪聲測試背景

本試驗是在車間內(nèi)測試，氣壓約為1 010 hPa，無風(fēng)，背景噪聲在57 dB左右。實驗讓變流器分別以100 kW、200 kW等功率運(yùn)行。柜體的前后面開有進(jìn)風(fēng)孔，左右面為封閉的鈑金件，頂部為三個風(fēng)機(jī)散熱孔。在柜體的前、后、左、右、頂這5個面設(shè)置測試點，將柜體每一面簡化成一面矩形，找到每個矩形的中心位置，即為測試點。測試區(qū)域按以下劃分，如圖2所示。實際測試噪聲與背景噪聲相差10 dB以上，故不需要做噪聲背景修正[5]。

圖2 柜體測試點

2.2 噪聲位置分布特點

為了更詳細(xì)的了解變流器產(chǎn)品的噪聲頻段分布特性，分別設(shè)置其在100 kW、200 kW、300 kW、400 kW、500 kW的工況下運(yùn)行。采用噪聲測試儀測試，測試數(shù)據(jù)取自測試儀麥克風(fēng)距各柜面中心約400 mm的采樣點。見表1.

表1 不同運(yùn)行功率下，對應(yīng)測試點噪聲結(jié)果

測試結(jié)果顯示，產(chǎn)品背面、頂部噪聲相比其他面突出（背面存在電抗器噪聲源、頂部存在風(fēng)機(jī)噪聲源）；產(chǎn)品左右面噪聲在各功率點幾近相同，無論是在哪個工況下運(yùn)行，產(chǎn)品背面的噪聲值都要比正面高出2～3 dB.這與產(chǎn)品內(nèi)部器件布置有關(guān)，主要噪聲源電抗器的布置靠近背面，其次是電抗器與正面之間存在隔斷噪聲的二次面板等結(jié)構(gòu)件；變流器功率在100 kW增至200 kW時，其各測試面噪聲值均有明顯躍升，其值約為2 dB；其后逐次增加功率其噪聲略有浮動，增至滿功率500 kW時其躍升值較200 kW時也僅僅在1 dB左右。

2.3 噪聲頻段分布特點

由于試驗平臺電纜無法長時間承受產(chǎn)品滿功率500 kW運(yùn)轉(zhuǎn)，故電抗器噪聲測試主要針對450 kW狀態(tài)，為考量電抗器的噪聲影響，設(shè)置此狀態(tài)下風(fēng)機(jī)不啟動。

由圖3、圖4、圖5可知，由于電抗器工作特性所致噪聲值約在每3 000 Hz出現(xiàn)一段峰值，且主要集中在3 000 Hz之后的高頻段，故對電抗器部分的降噪主要考慮在高頻段實施。

圖3 關(guān)風(fēng)機(jī)后柜體前側(cè)噪聲結(jié)果

圖4 關(guān)風(fēng)機(jī)后柜體后側(cè)噪聲結(jié)果

圖5 關(guān)風(fēng)機(jī)后柜體頂部噪聲結(jié)果

將產(chǎn)品功率降至50 kW（主要為減少電抗器噪聲的影響），啟動風(fēng)機(jī)，測得噪聲與噪聲頻率分布如下圖6、圖7所示。此時認(rèn)為電抗器噪聲可以忽略，只有風(fēng)機(jī)在提供主要噪聲。

圖6、圖7中，只有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)的時候，無論是柜體的后面還是柜體的頂部，噪聲都集中在低頻段（160 Hz～1 100 Hz），之后隨頻率升高噪聲明顯下降，故對風(fēng)機(jī)部分的降噪主要考慮在低頻段實施。

3 噪聲材料選擇及測試結(jié)果

吸聲材料需要考慮到對多頻段的吸聲能力以及除吸聲之外的物理特性。目前常用的吸聲材料為非織布多孔吸聲材料。非織布多孔吸聲材料因為其內(nèi)部存在很多孔洞和細(xì)小的空隙結(jié)構(gòu)而被廣泛用于噪聲控制。當(dāng)噪聲進(jìn)入材料中，經(jīng)過一個個不規(guī)則的孔洞，并被來回反射，引起微小空氣震動，空氣與內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生摩擦，引起發(fā)熱現(xiàn)象，一部分聲能就變成了熱能，噪聲被削弱[6]。

除了選擇多孔材料之外，材料厚度也是影響噪聲吸收的重要因素。有研究顯示，非織布吸聲材料隨著厚度增加，對中低頻段的噪聲吸收比高頻段的噪聲更加明顯，說明厚度對中低頻的噪聲影響較大。此外，高頻段的噪聲在厚度達(dá)到一定數(shù)值時，即使材料厚度有增加，高頻噪聲也不會有明顯降低[7]。

本次產(chǎn)品中使用以三聚氰胺為原料的泡沫吸聲材料，因三聚氰胺泡沫材料具有阻燃，隔溫，噪聲吸收等功能，且滿足多種環(huán)境條件下使用[8]。噪聲測試產(chǎn)品指定區(qū)域粘貼吸音材料，其吸音材料的粘貼部位主要為后門無散熱孔處、下前門無散熱孔處、柜體左右兩側(cè)下板處，具體粘貼位置和大小如下圖8所示，從左到右依次為柜前，柜后，柜側(cè)。試驗中首先測試無粘貼材料下的各面噪聲數(shù)據(jù)，之后測試粘貼三聚氰胺吸音海綿下的噪聲數(shù)據(jù)。

圖8 三聚氰胺吸聲材料粘貼區(qū)域

由圖 9、圖 10、圖 11、圖 12、圖 13所知，粘貼三聚氰胺吸音材料對噪聲有一定的作用，尤其是在柜前、柜右、柜后有所收益，該吸聲材料對100～11 000 Hz段的噪聲均有一定吸音效果，但由于材料粘貼部位的限制，其整體降噪效果從分貝值來看并不突出但有數(shù)據(jù)可知該材料對噪聲的吸附還是較為明顯的，如要充分發(fā)揮該材料的降噪效果，需要重新合理布置該材料的粘貼位置和形式。

圖9 頂部粘貼吸聲材料測試結(jié)果

圖10 前側(cè)粘貼吸聲材料測試結(jié)果

圖11 左側(cè)粘貼吸聲材料測試結(jié)果

圖12 右側(cè)粘貼吸聲材料測試結(jié)果

圖13 后側(cè)粘貼吸聲材料測試結(jié)果

4 后續(xù)降噪建議和措施

（1）由前后側(cè)噪聲測試數(shù)據(jù)的差異可知：由于前端在電抗器與前門板處布置有元器件及其固定元器件的面板、立柱，使得前側(cè)噪聲（70 dB）較后側(cè)噪聲（73.3 dB）有較顯著的差異，靠近電抗器的門板需要增加進(jìn)風(fēng)孔，可考慮在不影響散熱的基礎(chǔ)上增加電抗器隔聲罩。

（2）風(fēng)機(jī)噪聲低頻段較高，風(fēng)機(jī)的振動可在不影響進(jìn)風(fēng)的情況下適當(dāng)縮小散熱孔面積、門板與內(nèi)部擋板散熱孔區(qū)域適當(dāng)錯開，減小噪聲直接傳播的面域，同時加強(qiáng)風(fēng)機(jī)除的固定，避免因風(fēng)機(jī)振動增強(qiáng)噪聲。

（3）電抗器高頻段噪聲異常突出，有必要進(jìn)一步研究電抗器電器參數(shù)及其磁致伸縮等特性對噪聲的影響，以進(jìn)一步給出最優(yōu)的降噪措施。

（4）在不改變柜體內(nèi)布置的前提下：①可在門板上粘貼消聲復(fù)合材料；②在容易產(chǎn)生振動的區(qū)域粘貼止震墊；③風(fēng)道尺寸變大，內(nèi)壁增加消聲材料。

5 結(jié)論

在變流器的不同發(fā)聲面進(jìn)行了噪聲測試，排除了背景噪聲的影響因素之后，測試結(jié)果表明變流器的兩大噪聲源分別來自頂部風(fēng)機(jī)和底部電抗器。其中風(fēng)機(jī)帶來的噪聲主要集中在160～1100 Hz的低頻段，電抗器的噪聲主要集中在6 000 Hz.選用的以三聚氰胺為原材料的吸聲材料對低頻段的噪聲有一定的效果，但是產(chǎn)品整體降噪未達(dá)到預(yù)期技術(shù)要求。為了達(dá)到更好的降噪效果，后期需要對這兩種頻段的噪聲，選擇更有針對性的吸聲材料。