张广泰，陈 城，张海龙，潘守文

（常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州213025）

0 引言

噪声给人类健康带来的危害仅次于空气污染[1]。随着各国对于噪声的重视，对电气设备的噪声也有了一定的限制。日本制定了相应的法律来限制工业噪声[2]。在产品性能趋于接近的情况下，噪声水平将直接影响产品本身的竞争力，并且关乎到能不能进入到发达国家市场。因此，对相关电气设备分析，并进行噪声改善就变得尤为重要。本文针对一款变流器不同运行功率下噪声测试，通过对噪声数据的分析，尝试用消声材料来抑制噪声，并分析消声材料带来的有益效果。

1 变流器柜内主要噪声来源

变流器内部集成了多种电子器件，同时为了满足散热需求，在柜体的前后面开有进风孔。柜顶装有风机，风机工作时，冷风从前后面的进风孔进入柜内，从下往上，最后将柜内产生的热量通过顶部的风道传到柜外。噪声通过前后面的进风孔、柜顶出风风道以及柜体钣金件传播，如图1所示。同时振动辐射噪声对整体噪声也有一定贡献，不可忽略[3]。

图1 电器柜进出风示意图

电抗器是变流器中不可或缺的一部分。电抗器的噪声来源主要来自铁心的周期性震动[4]，在柜体的装配过程中，电抗器一般是直接采购的电抗器厂家成品，因此无法再对其本身内部结构进行优化，其产生的噪音对整体的影响较大。

2 噪声测试背景及主要噪声频段分布

2.1 噪声测试背景

本试验是在车间内测试，气压约为1 010 hPa，无风，背景噪声在57 dB左右。实验让变流器分别以100 kW、200 kW等功率运行。柜体的前后面开有进风孔，左右面为封闭的钣金件，顶部为三个风机散热孔。在柜体的前、后、左、右、顶这5个面设置测试点，将柜体每一面简化成一面矩形，找到每个矩形的中心位置，即为测试点。测试区域按以下划分，如图2所示。实际测试噪声与背景噪声相差10 dB以上，故不需要做噪声背景修正[5]。

图2 柜体测试点

2.2 噪声位置分布特点

为了更详细的了解变流器产品的噪声频段分布特性，分别设置其在100 kW、200 kW、300 kW、400 kW、500 kW的工况下运行。采用噪声测试仪测试，测试数据取自测试仪麦克风距各柜面中心约400 mm的采样点。见表1.

表1 不同运行功率下，对应测试点噪声结果

测试结果显示，产品背面、顶部噪声相比其他面突出（背面存在电抗器噪声源、顶部存在风机噪声源）；产品左右面噪声在各功率点几近相同，无论是在哪个工况下运行，产品背面的噪声值都要比正面高出2～3 dB.这与产品内部器件布置有关，主要噪声源电抗器的布置靠近背面，其次是电抗器与正面之间存在隔断噪声的二次面板等结构件；变流器功率在100 kW增至200 kW时，其各测试面噪声值均有明显跃升，其值约为2 dB；其后逐次增加功率其噪声略有浮动，增至满功率500 kW时其跃升值较200 kW时也仅仅在1 dB左右。

2.3 噪声频段分布特点

由于试验平台电缆无法长时间承受产品满功率500 kW运转，故电抗器噪声测试主要针对450 kW状态，为考量电抗器的噪声影响，设置此状态下风机不启动。

由图3、图4、图5可知，由于电抗器工作特性所致噪声值约在每3 000 Hz出现一段峰值，且主要集中在3 000 Hz之后的高频段，故对电抗器部分的降噪主要考虑在高频段实施。

图3 关风机后柜体前侧噪声结果

图4 关风机后柜体后侧噪声结果

图5 关风机后柜体顶部噪声结果

将产品功率降至50 kW（主要为减少电抗器噪声的影响），启动风机，测得噪声与噪声频率分布如下图6、图7所示。此时认为电抗器噪声可以忽略，只有风机在提供主要噪声。

图6、图7中，只有风机转的时候，无论是柜体的后面还是柜体的顶部，噪声都集中在低频段（160 Hz～1 100 Hz），之后随频率升高噪声明显下降，故对风机部分的降噪主要考虑在低频段实施。

3 噪声材料选择及测试结果

吸声材料需要考虑到对多频段的吸声能力以及除吸声之外的物理特性。目前常用的吸声材料为非织布多孔吸声材料。非织布多孔吸声材料因为其内部存在很多孔洞和细小的空隙结构而被广泛用于噪声控制。当噪声进入材料中，经过一个个不规则的孔洞，并被来回反射，引起微小空气震动，空气与内部结构发生摩擦，引起发热现象，一部分声能就变成了热能，噪声被削弱[6]。

除了选择多孔材料之外，材料厚度也是影响噪声吸收的重要因素。有研究显示，非织布吸声材料随着厚度增加，对中低频段的噪声吸收比高频段的噪声更加明显，说明厚度对中低频的噪声影响较大。此外，高频段的噪声在厚度达到一定数值时，即使材料厚度有增加，高频噪声也不会有明显降低[7]。

本次产品中使用以三聚氰胺为原料的泡沫吸声材料，因三聚氰胺泡沫材料具有阻燃，隔温，噪声吸收等功能，且满足多种环境条件下使用[8]。噪声测试产品指定区域粘贴吸音材料，其吸音材料的粘贴部位主要为后门无散热孔处、下前门无散热孔处、柜体左右两侧下板处，具体粘贴位置和大小如下图8所示，从左到右依次为柜前，柜后，柜侧。试验中首先测试无粘贴材料下的各面噪声数据，之后测试粘贴三聚氰胺吸音海绵下的噪声数据。

图8 三聚氰胺吸声材料粘贴区域

由图 9、图 10、图 11、图 12、图 13所知，粘贴三聚氰胺吸音材料对噪声有一定的作用，尤其是在柜前、柜右、柜后有所收益，该吸声材料对100～11 000 Hz段的噪声均有一定吸音效果，但由于材料粘贴部位的限制，其整体降噪效果从分贝值来看并不突出但有数据可知该材料对噪声的吸附还是较为明显的，如要充分发挥该材料的降噪效果，需要重新合理布置该材料的粘贴位置和形式。

图9 顶部粘贴吸声材料测试结果

图10 前侧粘贴吸声材料测试结果

图11 左侧粘贴吸声材料测试结果

图12 右侧粘贴吸声材料测试结果

图13 后侧粘贴吸声材料测试结果

4 后续降噪建议和措施

（1）由前后侧噪声测试数据的差异可知：由于前端在电抗器与前门板处布置有元器件及其固定元器件的面板、立柱，使得前侧噪声（70 dB）较后侧噪声（73.3 dB）有较显著的差异，靠近电抗器的门板需要增加进风孔，可考虑在不影响散热的基础上增加电抗器隔声罩。

（2）风机噪声低频段较高，风机的振动可在不影响进风的情况下适当缩小散热孔面积、门板与内部挡板散热孔区域适当错开，减小噪声直接传播的面域，同时加强风机除的固定，避免因风机振动增强噪声。

（3）电抗器高频段噪声异常突出，有必要进一步研究电抗器电器参数及其磁致伸缩等特性对噪声的影响，以进一步给出最优的降噪措施。

（4）在不改变柜体内布置的前提下：①可在门板上粘贴消声复合材料；②在容易产生振动的区域粘贴止震垫；③风道尺寸变大，内壁增加消声材料。

5 结论

在变流器的不同发声面进行了噪声测试，排除了背景噪声的影响因素之后，测试结果表明变流器的两大噪声源分别来自顶部风机和底部电抗器。其中风机带来的噪声主要集中在160～1100 Hz的低频段，电抗器的噪声主要集中在6 000 Hz.选用的以三聚氰胺为原材料的吸声材料对低频段的噪声有一定的效果，但是产品整体降噪未达到预期技术要求。为了达到更好的降噪效果，后期需要对这两种频段的噪声，选择更有针对性的吸声材料。