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汽車發電機啟動過程振動噪聲分析

旋轉機械進行狀態監測和故障診斷時,對系統聲音、振動特征的分析處理必不可少。其高科技的SignalPad軟件具備專業的旋轉機械模塊,它采用階次分析技術可對旋轉機械的升降速振動信號進行可靠分析,適用于各種旋轉機械。

應用背景

目前,國內某知名電機公司通過采用SignalPad旋轉機械模塊對汽車發電機進行測試,對其操作簡便,測試精準的效果給予了高度評價。

 

解決方案

 
 

技術難點
旋轉機械的升降速振動信號中蘊含豐富的設備狀態信息,能發現在勻速旋轉時難以發現的系統缺陷,但該信號是典型的變頻信號,利用傅立葉變換直接進行頻譜分析,會出現較大的誤差甚至錯誤,此時采用階次跟蹤分析法則可避免這種問題。

 

階次分析技術是將非平穩信號從等時間間隔采樣轉變為等角度間隔采樣,從而實現時域非平穩信號到角域平穩信號或者準平穩信號的轉換。階比跟蹤是一種振動分析方法,它能準確獲得參考軸的基準轉速(或者頻率)及等角度采樣時刻的過程,其關鍵在于對參考軸轉速進行準確跟蹤。

 

SignalPad 旋轉機械模塊

 

SignalPad 旋轉機械模塊的分析函數與一般FFT頻域分析函數的最主要不同是引入了重采樣,將等時間采樣的信號通過重采樣轉化為等角度信號,主要功能如下:
轉速:信號提取支持邊緣檢測、FFT,轉速信號的顯示支持:轉速曲線、數字顯示、轉速表顯示、高度表顯示。
色譜圖、瀑布圖:頻率與時間、階次與時間、頻率與轉速、階次與轉速等多種聯合分析方法。
軸心軌跡圖、極坐標圖:以Orbit及Timebase形式顯示軸心軌跡;可以時間、轉數等多種形式繪制。
倒譜:支持的倒譜類型:實倒譜、復倒譜。
包絡:提取幅度調制信號的包絡。
階次譜:階次譜的計算和顯示。
階次跟蹤:可以指定跟蹤的階次,可同時跟蹤幅度和相位。

 

本次發電機升降速振動信號測試在專業消聲室中進行,主要設備包括SignalPad 旋轉機械模塊,動態信號數據采集卡、加速度計、轉速計和傳聲器等。

 

 

圖 1 電機振動噪聲測試系統架構圖

測試結果

轉速計測量發電機在升、降速過程中的轉速變化(1100RPM-18000RPM),通過轉速波形視圖顯示。

 

 

圖 2 汽車發電機轉速波形視圖

 

在消聲室中放置高精度麥克風測試電機在升、降速過程中的聲音信號(A計權)或在電機上安裝加速度計采集振動信號。

 

 

圖 3 原始聲信號和A計權后信號

 

將聲音信號/加速度信號相關聯可以進行階次跟蹤、色譜圖分析、瀑布圖分析。通過視圖中屬性設置選擇感興趣階次(如6階、12階、36階、Overall)不同的階次代表旋轉機械中不同部件,例如轉子、定子、滾動軸承等,觀察隨著轉速變化,不同階次信號的A計權聲壓級/振動級變化,判斷是否有異常信號。通過色譜圖和瀑布圖可以更直觀的觀察隨著轉速變化,不同階次信號是否有異常,也可以查看固有頻率分布。

 

 

圖 4 加速過程中電機噪音A計權聲壓級變化

 

 

圖 5 加速過程中電機噪音A計權聲壓級階次圖

 

 

圖 6 加速過程中電機噪音A計權聲壓級時頻圖

 

 

圖 7 加速過程中電機噪音A計權聲壓級瀑布圖

 

右擊視圖窗口,可以將顯示的數據導出為不同的文件格式,以便做進一步的數據對比分析。

 

 

圖8 階次曲線數據導出

 

系統優勢

1.該系統結構簡單、便攜,可以快速搭建電機啟動過程振動噪聲分析,只需要24V直流供電,不僅適用于消聲室內測試,也適用于車載測試;
2.系統為模塊化平臺,可以根據實際測試需求選擇采集卡的種類、數量;可以根據測試需求在PC機上搭建功能算法,實時采集、分析、存儲、回放;
3.客戶將該系統與國外知名廠商的硬件和軟件平臺做對比,精度完全達到測試需求,階次圖、色譜圖對比完全一致,而相同功能下該系統有明顯價格優勢;
4.硬件系統為NI工業級產品,可以保證系統長時間穩定運行;軟件為上海其高自主開發產品,具有完全知識產權,并可以根據客戶需求定制軟件功能。