关键词：交流接触器;振动噪声故障;在线检测;加窗FFT
引言
一提起交流接触器振动发出噪音，往往有人会说“短路环”断裂了。短路环在交变电流过零时，维持动/静铁芯之间保持一定的吸力，以减小动、静铁芯之间的振动。短路环是嵌装在铁芯某一端的铜环，由于交流电磁铁通入交流电，磁场交变，产生的吸力是脉动的，这会引起衔铁振动。加入短路环后，由于在短路环中产生的感应电流，阻碍了穿过它的磁通变化，使磁极的两部分磁通之间出现相位差，因而两部分磁通所产生的吸力不致同时过零，即一部分磁通产生的瞬时力为零时，另一部分磁通产生的瞬时力不是零，其合力始终不会有零值出现。这样就可减少振动及噪声。但是，从多年的维修经验得知“短路环”通常是不易断裂的。
1振动噪声测量系统的硬件搭建
经多次实验可知，由于交流接触器声源为稳态噪声，且辐射呈对称性，若将传声器减少为４个后，测得的表面声压与标准规定位置的测量结果的偏差不超过０．６ｄＢ．因此，采用４点法进行实验．声级计置于距声源０．５ｍ处，测量交流接触器工作的噪声，以验证振速法测量结果的准确性．信号通过ＮＩ ＵＳＢ－６３６３型多通道数据采集卡完成模数（Ａ／Ｄ）转换，转换后的数字信号经ＵＳＢ总线传输至计算机，用软件ＬａｂＶＩＥＷ完成数据采集、采样波形实时显示、采集数据存储和数据的分析处理．
2交流接触器振动噪声故障在线检测
2.1测量系统的组成
在交流接触器稳定运行时，加速度传感器获得接触器表面振动加速度信号。信号经过放大调理、单片机采集，同时将采集的信号经过加窗、离散傅里叶变换等一系列算法得到接触器表面的振动位移，并据设定的振动位移阈值，判定接触器表面振动位移的状况。噪声检测方面用1个传声器分别采集接触器运行前后的声信号即背景噪声与合成噪声，合成噪声为背景噪声与接触器发出噪声的合成，信号经过放大调理、单片机采集，同时将采集的信号经过一系列傅里叶变换、傅里叶反变换等算法得到未计权的声压级，并经过A计权网络分别得到接触器运行前后A计权声压级即背景噪声与合成噪声A计权声压级，最后通过背景噪声、合成噪声以及接触器发出的噪声三者之间的关系得到接触器噪声A计权声压级。根据设定的噪声阈值，判定交流接触器运行时噪声的状态。
2.2信号加窗介绍
傅里叶变换是研究整个时间域和频率域。当对测试信号进行处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是截取其有限的时间片段进行分析。由于信号截断以后存在能量泄露现象。从采样定理可知，由于无论采样频率多高，只要信号一经截断，就不可避免引起混叠，因此信号截断必然导致一些误差。窗函数w(t)是一个频带无限的函数，所以即使原信号x(t)是限带宽信号，而在截断以后也必然成为无限带宽的函数，即信号在频域的能量与分布被扩展了。因此，为了减少频谱泄露，可采用不同的截取函数对信号进行截断，截断函数称为窗函数。能量泄露与窗函数频谱的两侧旁瓣有关，如果两侧瓣的高度趋于零，而使能量相对集中在主瓣，就可以较为接近于真实的频谱。可采用不同窗函数来截断信号。以下介绍几种常用的窗函数。
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2.3声辐射效率指数曲线的确定
实际声源的结构往往十分复杂，要从数学上严格求解几乎是不可能的。理论分析中常用的处理方法是，将实际复杂的声源简化处理成各种典型声源，如球声源、点声源、活塞式声源等。由于实际中一个振源往往是由多个单频率振源整合而成的，且产品表面近场的振源与远场的声音具有很大的差别，因此，为了获得针对交流接触器的声辐射效率指数曲线，需通过大量试验拟合建立，即通过试验，将影响交流接触器远场声功率的不可测得的及难以测得的不确定因素，归结到声辐射效率指数这项中，并通过交流接触器声辐射效率指数曲线来体现。
2.4窗函数的选择
每一种窗都有各自的优缺点，无一种窗是十全十美的。关于如何选择窗函数，首先考虑的是信号的性质以及处理要求，再分析是否进行加窗处理。窗函数选择准则:(1)若无泄露发生，则无需任何的窗函数。(2)若不考虑幅值精度，仅仅要求精确读出主瓣频率，可以选择主瓣宽度比较窄且便于分辨的矩形窗。(3)若测试信号存在多个频率分量，频谱表现的十分复杂，且测试的目的更多关注频率点而非能量的大小。这种情况下，需要选择一个主瓣够窄的窗函数，汉宁窗是一个很好的选择。(4)如果测试的目的更多关注某周期信号频率点的能量值。那么其幅度的准确性则更加的重要，可以选择一个主瓣稍宽的窗。激励信号加窗是为了减少干扰，而响应信号加指数窗是为了减小泄露。(5)若检测两个频率相近幅度不同的信号，则可选择布莱克曼窗。
2.5辐射指数提取
选取１００个相同型号的交流接触器作为实验样本，其中，合格样本３５个，不合格样本６５个．ＪＢ／Ｔ７４３５－２００６《ＣＪＸ系列交流接触器》中规定，接触器噪声合格的阈值为４０ｄＢ，为了确定交流接触器运行时表面振动与噪声的相关性，选取声级计测量值分别为５１ｄＢ（不合格）和２５ｄＢ（合格）的两个样本，用激光测振仪测量其运行时的表面振动．交流接触器的原始信号是典型的振动信号，其振动具有一定的周期性；合格与不合格样本的交流接触器振动信号都具有一定的规律性，无杂乱的脉冲信号．对交流接触器的内部结构及运行原理进行分析可知，交流接触器运行噪声主要是由电磁激振力引起的交流接触器内部衔铁和铁芯硅钢片的周期性振动的电磁性噪声．市电的频率为５０Ｈｚ，在每个周期电压下，衔铁和铁芯吸合释放各２次，当衔铁和铁芯周期性地吸合、释放，引起交流接触器周期性地振动．电磁性噪声的频率与磁场的变化频率相对应，交流接触器在工频的激励下，每个工频，交流接触器衔铁与铁芯吸合释放１００次，而由这１００次振动引起的谐振使交流接触器在１００Ｈｚ的整数倍处出现较大的幅值，而在其他频率点处．由此可知：通过激光测振仪测得的交流接触器运行时表面振动的时域图和频域图与交流接触器内部结构及运行原理相符，具有很好的相关性．
结语
通过以上理论和试验分析可得出如下结论:(1)经过声信号的快速傅里叶变换得到信号频谱图，可知交流接触器发出的噪声信号频率主要分布在低频段。(2)分别在40dB和45dB的背景噪声下，所测的同一台交流接触器所发出的噪声值相差约为2dB。该方法可以实现对交流接触器运行噪声的检测。(3)交流接触器振动位移量与其运行时发出的噪声值不存在正相关关系，即噪声值越大，振动位移未必也越大。本文分别从振动位移量和振动噪声两方面对交流接触器进行检测，能够去除可能存在的振动大、实际噪声小或者振动小、实际噪声大的情况，从而避免出现误判、漏判，确保检测的全面性与可靠性。
参考文献
［1］杨建红，张认成，吴晓梅．交流接触器振动噪声性能的在线检测［J］．低压电器，2011(18):21-23．
［2］庞茂，周晓军，孟庆华，等．在线噪声检测及噪声信号的故障诊断技术研究［J］．传感技术学报，2006(1):142-145．
论文作者:耿丽恺
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷17期
论文发表时间:2019/12/3
标签：接触器论文; 噪声论文; 信号论文; 声源论文; 函数论文; 在线论文; 位移论文; 《建筑实践》2019年第38卷17期论文;