Частота звука работы двигателя

Что такое частота?

Частота переменного тока (ac) — это количество синусоидальных колебаний переменного тока в секунду. Частота — это количество изменений направления тока за секунду. Для измерения частоты используется международная единица герц (Гц). 1 герц равен 1 колебанию в секунду.

• Герц (Гц) = 1 герц равен 1 колебанию в секунду.
• Колебание = Одна полная волна переменного тока или напряжения.
• Полупериод = Половина колебания.
• Период = Время, необходимое для выполнения одного полного колебания.

Частота отражает повторяемость процессов. С точки зрения электрического тока частота — это количество повторений синусоиды или, другими словами, полного колебания, которое включает положительную и отрицательную составляющие.

Чем больше колебаний происходит в секунду, тем выше частота.

Пример. Если известно, что частота переменного тока равна 5 Гц (см. схему ниже), это означает, что его форма сигнала повторяется 5 раз за 1 секунду.

Частота обычно используется для описания работы электрооборудования. Ниже приведены некоторые наиболее распространенные диапазоны частот:

• Частота линии питания (обычно 50 Гц или 60 Гц).
• Частотно-регулируемые приводы: обычно используют несущую частоту 1–20 кГц.
• Звуковой диапазон частот: от 15 Гц до 20 кГц (диапазон человеческого слуха).
• Радиочастота: от 30 до 300 кГц.
• Низкая частота: от 300 кГц до 3 МГц.
• Средняя частота: от 3 до 30 МГц.
• Высокая частота: от 30 до 300 кГц.

Обычно цепи и оборудование предназначены для работы с постоянной или переменной частотой. Оборудование, рассчитанное на работу с постоянной частотой, при изменении частоты начинает работать неправильно. Например, двигатель переменного тока, рассчитанный на работу при 60 Гц, работает медленнее при частоте ниже 60 Гц или быстрее при частоте выше 60 Гц. Для двигателей переменного тока любое изменение частоты приводит к пропорциональному изменению частоты вращения двигателя. Другим примером является снижение частоты вращения двигателя на 5 % при снижении частоты сети на 5 %.

Порядок измерения частоты

Цифровой мультиметр с режимом частотомера может измерять частоту сигналов переменного тока со следующими функциями:

• регистрация МИН/МАКС значений, позволяющая записывать результаты измерений частоты за заданный интервал времени. Эта функция также применима к измерениям напряжения, тока и сопротивления.
• автоматический выбор диапазона, при котором прибор автоматически подбирает диапазон частот при условии, что частота измеряемого напряжения не выходит за пределы этого диапазона.

Параметры электросетей различаются в зависимости от страны. В США работа сети основана на высокостабильном сигнале с частотой 60 Гц, что соответствует 60 колебаниям в секунду.

Бытовые электросети в США получают питание от однофазного источника питания 120 В перем. тока. Напряжение в настенной розетке дома в США совершает синусоидальные колебания в диапазоне от 170 до −170 В, при этом истинное среднеквадратичное значение этого напряжения будет равно 120 вольт. Частота колебаний составляет 60 циклов в секунду.

Единица измерения получила название «герц» в честь немецкого физика Генриха Герца (1857–1894 гг.), который первым осуществил передачу и принятие радиоволн. Радиоволны распространяются с частотой одно колебание в секунду (1 Гц). (аналогично часы тикают с частотой 1 Гц)

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Уменьшение аккустического шума преобразователя частот

В настоящее время преобразователи частоты устанавливаются в коммерческих зданиях для обеспечения управления системами и экономии расходов для система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха HVAC (Heating, Ventilating and Ai Conditioning). В зданиях, таких как больницы, школы и общежития, офисных и других зданиях, акустический шум, генерируемый электрическим оборудованием, может оказаться проблемой. Регулируемый преобразователь частоты может издавать акустический шум и создавать шум в двигателях.

Понимание причин акустического шума является первым требованием для решения проблемы его влияния. Ниже рассматриваются факторы, которые могут создавать акустический шум в преобразователе частоты и в подключенном к нему оборудовании. Также рассматриваются жесткость условий в различных установках, а также решения по ограничению или устранению проблем акустического шума.

Причины акустического шума

Наиболее очевидной разницей между подключением двигателя к линии переменного тока или к выходу преобразователя частоты является то, что преобразователь изменяет частоту питания, подаваемого на двигатель. Форма кривой изменения частоты, подаваемой на двигатель, является основной причиной шума двигателя. График напряжения более сложный, чем простая синусоида.

В преобразователях частоты с инвертором широтно-импульсной модуляции ШИМ, как в большинстве современных преобразователей, инвертор управляет подаваемым на двигатель напряжением, посылая на двигатель серии импульсов высокого напряжения (см. Рис. 1). Акустический шум производится искажением частоты. Импульсы могут вызывать резонанс в статоре двигателя или в ребрах охлаждения. Типовая частота этих импульсов, называемая несущей частотой, находится в слышимом звуковом диапазоне. Этот механический резонанс заставляет двигатель выступать в роли усилителя. Вибрация может создавать раздражающий высокий звук.

Для генерирования переменной частоты большинство преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией ШИМ имеют частоту переключений от 2 до 6 кГц. Она находится в диапазоне, в котором человеческое ухо наиболее чувствительно, и где обычно обнаруживаются даже низкие уровни шума. Поскольку данный шум имеет высокую частоту, большинство людей считает его очень раздражающим. Высокочастотные шумы трудно маскировать и их слышно на некотором расстоянии от источника.

Другим источником шума является питание на входе в преобразователь частоты. В общем случае, нельзя услышать звук, когда ток течет по проводам питания. Это связано с тем, что слишком малое количество материала может вибрировать, а усилия не слишком велики. С другой стороны, трансформаторы могут создавать заметный жужжащий звук, так как их обмотки концентрируют магнитные поля, создаваемые током.

Рисунок 1. Форма кривой напряжения с широтно-импульсным модулированием ШИМ

Добавление контура фильтрации на входе регулируемого преобразователя частоты для уменьшения электрического шума в линии питания переменного тока может увеличить акустический шум. Это связано с тем, что основным устройством в таком фильтре является большая катушка. Концентрация магнитного поля, как в трансформаторе, может вызвать достаточную вибрацию в своих обмотках, чтобы создать заметный шум. Преобразователь частоты сам по себе является еще одним возможным источником акустического шума. Меняющиеся токи через преобразователь приводят к возникновению изменяющихся магнитных полей. Эти магнитные поля могут заставить резонировать металлические предметы, что приводит к возникновению акустического шума.

Акустический шум от линии питания переменного тока, фильтров на линиях входа или преобразователя частоты едва ли представляет собой проблему. Это оборудование обычно располагается в изолированном служебном помещении. Если шум нежелателен, существует ряд возможных методов борьбы с ним. С большой вероятностью стена или шкаф, на которых монтируется фильтр или преобразователь, усиливают шум. Звук можно существенно снизить за счет использования виброизоляторов между блоком и стеной или за счет монтажа блока на опоре на полу. Для особых случаев можно связаться с изготовителем преобразователя или фильтра на предмет наличия более бесшумного фильтра или других решений данной проблемы.

Однако акустический шум, создаваемый в двигателе, может быть намного более существенным и его следует рассмотреть более детально. Оптимальным решением было бы исключить частотный импульсный шум в выходном напряжении преобразователя частоты, но это невозможно без добавления пассивных компонентов на выходе преобразователя частоты.

Второй способ контроля акустического шума – сдвинуть частоту переключений из чувствительного диапазона либо вверх, либо вниз. Допускаемое преобразователем снижение частоты переключений ниже данного диапазона не является подходящим решением, так как была бы нарушена форма кривой тока и частоты и создание кривой близкой к синусоидальной форме было бы невозможным. Это означает, что способность управлять двигателем была бы существенно сокращена. Повышение частоты переключения рассматривается ниже.

Методы снижения шума

Ниже будут сравниваться четыре различных метода снижения шума двигателя:

1. Фиксированная высокая частота переключения.
2. Случайно выбираемая частота переключения.
3. Выходной индуктивно-емкостной фильтр.
4. Автоматическая модуляция частоты переключения.

Фиксированная высокая частота переключения

Фиксированная высокая частота переключения в диапазоне 12–20 кГц является традиционным способом уменьшения акустического шума в двигателе. Этот высокочастотный шум труднее обнаруживается ухом человека и, в отличие от низкочастотного, не сильно влияет на форму кривой. Однако у этого подхода имеются недостатки.

Основными недостатками являются:
• увеличение электромагнитных помех;
• увеличение риска повреждения изоляции двигателя;
• потери мощности, которые выделяются в виде тепла в преобразователе частоты;
• увеличение токов утечки при использовании более крупного фильтра электромагнитных помех .

Увеличенные электромагнитные потери могут потребовать более крупного и более дорогого фильтра электромагнитных помех. Он увеличивает стоимость преобразователя и увеличивает ток утечек. Ток утечки может привести к проблемам с изоляцией в двигателе и, кроме того, привести к опасности поражения электрическим током.

Рисунок 2. Индексированные потери на выходе

Высокие частоты переключения создают в преобразователе частоты дополнительное тепло, которое уменьшает срок службы преобразователя или требует установки переразмеренного преобразователя. Потери являются результатом искажений в кабелях двигателя при высоких частотах. Это означает, что если бы преобразователь работал на более низкой частоте переключения, он мог бы обслуживать двигатель при меньших затратах энергии или обслуживать более крупный двигатель. В инверторе преобразователя частоты частота переключения в районе 4 кГц гарантирует самые низкие потери в преобразователе частоты, а суммарный кпд самый высокий в диапазоне от 2,0 до 4,5 кГц (см. Рисунок 2).

Случайно выбираемая частота переключения

Случайно выбираемая частота переключения известна также как «белый шум». Частота переключения постоянно изменяется в пределах диапазона вокруг базовой частоты переключения. Такой подход не требует снижения номинальных параметров преобразователя. Основной недостаток данного метода – наведенный белый шум заставляет двигатель звучать так, как если бы был неисправен подшипник. Этот звук отличается от фиксированной частоты переключения, но может быть почти таким же раздражающим.

Выходной индуктивно-емкостной фильтр

На выходе преобразователя частоты может быть установлен индуктивно-емкостной фильтр. Этот фильтр создает напряжение с формой чистой синусоиды. Поскольку искажения устранены, исключен также и шум, наводимый на двигатель. Это означает, что работа двигателя в общем улучшена, поскольку в большинстве применений нет разницы между работой напрямую или работой с использованием преобразователя частоты.

Подход с использованием индуктивно-емкостного фильтра для решения проблемы шума двигателя имеет несколько недостатков:
• шум не убирается из системы, просто перемещается в индуктивно-емкостной фильтр;
• между преобразователем частоты и двигателем вводится падение напряжения;
• увеличиваются расходы на установку, потому что индуктивно-емкостной фильтр должен устанавливаться отдельно.

Автоматическая модуляция частоты переключения

Функция автоматической модуляции частоты переключения ASFM (Automatic Switching Frequency Modulation) является передовой электронной особенностью преобразователя частоты VLT HVAC Drive. Благодаря функции ASFM несущая частота автоматически настраивается на запрограммированную максимальную частоту переключения, когда двигатель нагружен легко. Когда нагрузка на двигатель высока, частота переключения уменьшается для экономии энергии.

Низкая несущая частота (низкая частота импульсов) вызывает шум в двигателе, что делает высокую несущую частоту более предпочтительной. Однако, высокая несущая частота генерирует тепло в преобразователе, ограничивая тем самым доступный для двигателя ток. Функция ASFM автоматически регулирует эти условия, чтобы обеспечить самую высокую несущую частоту без перегрева преобразователя. Обеспечивая регулируемую высокую несущую частоту функция ASFM уменьшает рабочий шум двигателя на малых оборотах, когда контроль за акустическим шумом является критичным, и обеспечивает полную выходную мощность на двигатель, когда это требуется. Системы без функцииASFM могут делать либо то, либо другое, но не оба действия одновременно. Важным преимуществом является отсутствие потребности в снижении выходной мощности при высокой нагрузке. Система ASFM настраивает частоту на основании требуемого двигателем тока, а не на основании оборотов двигателя, чтобы обеспечить наилучшую из возможных несущую частоту, удовлетворяющую требованиям как характеристик, так и контроля шума.

Установки с насосами и вентиляторами имеют характеристику переменного крутящего момента. Полный выходной ток преобразователя частоты и полная несущая частота доступны только до тех пор, пока нагрузка не достигнет 60 %. (На Рисунке 3 представлены преобразователь 15-60 л.с. при 460 В переменного тока и преобразователь 5-30 л.с. при 208 В переменного тока.) При характеристиках с переменным крутящим моментом это означает, что обороты вентилятора или двигателя составляют грубо от 75 % до 80 % от полных оборотов до того, как нагрузка достигает значения 60 %. Поэтому, более высокая частота переключения доступна почти все время без необходимости переразмеривать преобразователь, особенно в важных условиях низкой нагрузки, когда шум становится проблемой. Кроме того, двигатели установок HAVC переразмерены с коэффициентами гарантированного обеспечения характеристик и коэффициентом безопасности системы. Это связано с тем, что переразмеренная система всегда может работать при пониженной нагрузке, в то время как недоразмеренная система не сможет удовлетворить проектные требования. Таким образом, преобразователь частоты редко работает возле полной выходной мощности, существенно увеличивая диапазон оборотов, в котором можно использовать высокую несущую частоту.

Рисунок 3. Характеристики при переменном крутящем моменте.

Тот факт, что частота переключения наиболее высока при низкой нагрузке, означает, что электрические искажения в системе очень ограничены по сравнению с фиксированной высокой частотой переключения. Электромагнитные помехи также ниже, чем при фиксированной высокой частоте переключения, что приводит к меньшему току утечек и более длительному сроку службы двигателя. Кроме того, уменьшаются полные электрические потери, поскольку потери мощности из-за низкочастотных искажений в кабеле двигателя минимальны. Это имеет дополнительное преимущество снижения расходов на энергию.

При использовании функции ASFM акустический шум все еще генерируется, когда частотный преобразователь работает под высокой нагрузкой. Однако в большинстве установок с насосами и вентиляторами обычный окружающий генерируемый акустический шум увеличивается при увеличении оборотов и нагрузки. Поэтому шум, генерируемый частотой переключения, обычно маскируется акустическим шумом системы.

Влияние конструкции двигателя

Генерируемый в двигателе из-за резонанса частот шум зависит в основном от конструктивных деталей двигателя, конструкции двигателя и применяемых материалов. Конструктивные детали двигателя по разному реагируют на токи гармоник. При сравнении двух двигателей в одном двигателе акустический шум был ниже на частоте переключения, чем на двойной частоте переключения. Для другого двигателя все было с точностью до наоборот. Разница между этими двумя двигателями заключалась в разном количестве и размерах охлаждающих ребер.

Сравнение затрат и выгод от уменьшения шума

Минимальный воздушный зазор между статором и ротором, характеристика двигателей более высокого качества, также помогает уменьшить уровень шума двигателя.

Испытания двигателей различных марок и размеров привели к заключению о том, что ни один из изготовителей двигателей не имеет оптимальной конструкции в части уменьшения шума. Даже самые лучшие двигатели различаются в зависимости от размера двигателя. Поэтому невозможно сделать обобщающий вывод о шуме двигателя.

Рисунок 4. На приведенном графике сравниваются разные рассмотренные методы.

Сравнение методов уменьшения шума

Индуктивно-емкостной фильтр и высокая частота переключения приводят к большему снижению шума. Однако высокая частота переключения приводит не только к увеличению цены частотного преобразователя при ухудшении характеристик преобразователя, но также увеличивает электрические потери в системе и приводит к увеличенным электромагнитным помехам. Основным недостатком использования индуктивно-емкостного фильтра является увеличенная цена.

Белый шум существенно снижает шум двигателя, вызываемый преобразователем, но индуцирует другой свой собственный шум, создающий такие же проблемы.

ASFM, уникальная функция преобразователя частоты VLT HVAC Drive, обычно является наиболее эффективным с точки зрения затрат решением.

ГОСТ Р 53148-2008 Машины электрические вращающиеся. Предельные уровни шума

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р
53148-
2007
(МЭК 60034-9:2003)

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ

Предельные уровни шума

IEC 60034-9:2003
Rotating electrical machines — Part 9:
Noise limits
(MOD)

Москва
Стандартинформ
2009

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г . № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения».

Сведения о стандарте

1. ПОДГОТОВЛЕН Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» (ГОУВПО «МЭИ (ТУ)»)

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 333 «Вращающиеся электрические машины»

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2008 г № 584-ст

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ*

Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60034-9:2003 «Машины электрические вращающиеся. Часть 9. Пределы шумов » (IEC 60034-9:2003 «Rotating electrical machines — Part 9: Noise limits»).

При этом дополнительные слова, включенные в текст стандарта для учета потребностей национальной экономики Российской Федерации и особенностей национальной стандартизации, выделены курсивом.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 <пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам Российской Федерации, используемым в настоящем стандарте в качестве нормативных ссылок, приведены в приложении А .

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты», В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Для обозначения переменных, характеризующих акустические процессы, используют термины «звуковое давление» и «звуковая мощность». Использование звуковой мощности в качестве характеристики уровня шума является предпочтительным при анализе и проектировании систем, поскольку характеризует излучаемую энергию, позволяет обеспечивать независимость от плоскости измерения и условий окружающей среды, а также избегать трудностей, связанных с необходимостью задания наряду со звуковым давлением дополнительных данных.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ

Предельные уровни шума

Rotating electrical machines. Noise limits

Дата введения — 2010-01- 0 1

1. Область применения

— исполнение нормальное, постоянный или переменный ток, без специальных электрических, механических или акустических доработок, направленных на снижение уровня шума;

— номинальная мощность от 1 до 5500 кВт (или кВ·А);

— частота вращения не более 3750 мин -1 .

Стандарт устанавливает методы измерения уровня звуковой мощности вращающихся электрических машин.

Стандарт включает руководство по определению уровня шума асинхронных машин с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователя.

Стандарт не распространяется на асинхронные двигатели, укомплектованные преобразователями. В этом случае рекомендуется пользоваться МЭК 60034-17 [1].

В настоящем стандарте допустимый уровень звуковой мощности по характеристике А, выраженный в децибелах (дБ А ) и отражающий создаваемый машиной шум, определяют в зависимости от мощности, скорости и нагрузки. Установлены методы измерений и условия испытаний, которые обеспечивают достоверную оценку уровня шума и его нахождения в допустимых пределах. Настоящий стандарт не предусматривает корректировку тональных характеристик.

В различных случаях, например при разработке мер шумозащиты, могут потребоваться уровни звукового давления на определенном расстоянии от машины. Определение уровня звукового давления — по разделу 8 .

1. Настоящий стандарт допускает, что из соображений экономичности машины с нормальным уровнем шума используют в обычных условиях или с дополнительными приспособлениями для уменьшения шума.

2. Когда по условиям эксплуатации уровень шума должен быть ниже указанного в таблицах 1 и 2 , необходимо соглашение между изготовителем и потребителем (покупателем), поскольку проведение электрических, механических или акустических доработок может повлечь за собой дополнительные затраты.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 51400-99 (ИСО 3743-1-94, ИСО 3743-2-94) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источников шума по звуковому давлению. Технические методы для малых переносных источников шума в реверберационных полях в помещениях с жесткими стенами и в специальных реверберационных камерах.

ГОСТ Р 51401 — 99 (ИСО 3744-94) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источников шума по звуковому давлению. Технический метод в существенно свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью.

ГОСТ Р 51402 — 99 (ИСО 3746-95) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источников шума по звуковому давлению. Ориентировочный метод с использованием измерительной поверхности над звукоотражающей плоскостью.

ГОСТ Р 52776 — 2007 Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики.

ГОСТ 11929 — 87 Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. Определение уровня шума.

ГОСТ 17494 -87 (МЭК 34-5-81) Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемых оболочками вращающихся электрических машин.

ГОСТ 20459 — 87 (МЭК 34-6 —69) Машины электрические вращающиеся. Методы охлаждения. Обозначения.

ГОСТ 27243-2005 (ИСО 3747:2000) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Метод сравнения на месте установки.

ГОСТ 30457-97 (ИСО 9614-1—93) Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума на основе интенсивности звука. Измерение в дискретных точках. Технический метод.

ГОСТ 30457.3-2006 (ИСО 9614-3:2002) Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Точный метод для измерения сканированием.

ГОСТ 30691-2001 (ИСО 4871-96) Шум машин. Заявление и контроль значений шумовых характеристик.

ГОСТ 31273 — 2003 (ИСО 3745:2003) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для заглушённых камер.

ГОСТ 31274 — 2004 (ИСО 3741:1999) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для реверберационных камер.

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку .

3. Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1. уровень звуковой мощности ( sound power level ) L_W , дБ: Десять десятичных логарифмов отношения мощности звука, излучаемой тестируемым источником, к эталонной мощности звука [ W ₀ = 1 пВт (10 -12 ·Вт)].

3.2/ уровень звукового давления ( sound pressure level ) L_p , дБ: Десять десятичных логарифмов от отношения квадрата звукового давления к квадрату эталонного звукового давления [ р₀ = 20 мкПа (2×10 -5 Па)].

4. Методы измерения

Примечание — Для машин с высотой оси вращения до 180 мм рекомендуется использовать метод с полусферической или сферической измерительной поверхностью, для машин с высотой вала свыше 355 мм — метод с измерительной поверхностью, имеющей форму параллелепипеда. Для промежуточных высот применяют любой метод.

4.2. Максимально допустимые уровни звуковой мощности, приведенные в таблицах 1 и 2 , с учетом поправки по таблице 3 относятся к измерениям, осуществляемым в соответствии с 4.1.

4.4. Более простой, но менее точный, ориентировочный метод по ГОСТ Р 51402 и ГОСТ 11929 допускается использовать в том случае, когда все условия ГОСТ Р 51401 и ГОСТ 11929 для технического метода не могут быть соблюдены (например, для крупных машин).

4.5. Если испытания проводят под нагрузкой, то предпочтительны методы, приведенные в ГОСТ 30457 и ГОСТ 30457.3. Однако применимы и другие методы, если нагрузка и дополнительное оборудование имеют незначительный уровень шума, оцениваемый по ГОСТ 11929, либо они акустически изолированы или размещены вне зоны испытания.

5. Условия испытаний

5.1. Установка машины

5.1.1. Меры безопасности

Для ослабления передачи и излучения шума от всех установочных элементов, включая фундамент, должны быть предприняты соответствующие меры. Это может быть достигнуто упругим креплением малых машин и жестким креплением больших.

Машины, испытуемые под нагрузкой, должны быть жестко закреплены.

5.1.2. Упругое крепление

Собственная частота колебания машины вместе с системой крепления должна быть ниже, чем 1 /₄ нижней частоты вращения испытуемой машины.

Эффективная масса упругого крепления не должна превышать 1 /₁₀ массы испытуемой машины.

5.1.3. Жесткое крепление

Машина должна быть жестко закреплена на поверхности с размерами, соответствующими типу машины (например, на лапах или фланце, в соответствии с инструкцией завода-изготовителя). Машина не должна создавать дополнительных напряжений в креплении из-за неправильной установки или крепежа.

5.2. Режимы работы при испытаниях

Необходимо выполнять следующие условия испытаний:

a) машина должна работать при номинальном напряжении и номинальной частоте питания или номинальной частоте вращения при соответствующей напряженности магнитного поля, все измерения проводят приборами класса точности не ниже 1,0.

Стандартный нагрузочный режим — холостой ход, за исключением двигателей с последовательным возбуждением.

Если необходимо, машина должна работать в установившемся режиме под нагрузкой;

b) машину испытывают в естественном для нее рабочем положении в том режиме (например, направление вращения), при котором она создает наибольший шум при соблюдении требований перечисления а);

Примечание — Повышенное искажение формы и несимметрия напряжения и тока увеличивают шум и вибрацию;

d ) синхронные машины должны быть приведены во вращение с возбуждением, обеспечивающим коэффициент мощности, равный единице, а машины большой мощности следует испытывать в генераторном режиме;

e) генератор должен быть приведен во вращение, как двигатель, или приводиться во вращение с номинальной частотой с возбуждением, обеспечивающим номинальное напряжение на разомкнутых выходных зажимах;

Таблица 1 — Максимально допустимый уровень L_WA * звуковой мощности, корректированный по характеристике А, способ охлаждения, код I С — по ГОСТ 20459 , степень защиты, код IP — по ГОСТ 17494

Частота вращения п_ном, об/мин

Способ охлаждения (условное обозначение степени защиты)

IC411*** IC511*** IC611***

IC31*** IC71W*** IC81W***

IC411*** IC511*** IC611***

IC31*** IC71W*** IC81W***

IC411*** IC511*** IC611***

IC31*** IC71W*** IC81W***

Номинальная мощность Р_ном, кВт (кВ·А)

Максимально допустимый уровень звуковой мощности L_W , дБ·А,

Посторонние шумы в моторе — ищем причину

Диагностика мотора на слух — целое искусство. Обладают этим даром только опытные и профессиональные автомобильные доктора. В одном сервисе могут ошибиться в диагнозе из-за недостатка опыта, а в другом намеренно пойдут на обман, дабы развести клиента на капитальный ремонт.

При любом постороннем шуме мотора (особенно при стуке или грохоте) необходима вдумчивая диагностика. Однако у самых распространенных звуков есть свои закономерные причины, понять которые под силу и рядовому автовладельцу. Это поможет примерно оценить затраты и уберечься от обмана в сервисе.

Увы, диагностика на слух по большей части применима к бензиновым агрегатам. Из-за естественной шумности работы услышать и идентифицировать посторонние звуки у дизелей крайне сложно.

Привод навесного оборудования

Классический свистящий звук изношенного навесного ремня не так уж прост. Сильнее он проявляется при работе холодного мотора в зимний период, до момента его прогрева. Однако часто характер шума иной — возможен гул или металлические звуки. И круг подозреваемых значительно расширяется: от уставших роликов до деформации одного из шкивов (из-за чего он периодически касается крышки мотора) или подклинивания прижимного диска муфты компрессора кондиционера.

Вычислить, ремень ли это свистит, очень просто. Достаточно побрызгать на него «вэдэшкой» или аналогичной универсальной смазкой во время работы мотора. Если посторонний шум пропал полностью или значительно стих, с его источником всё ясно. Ремню грозит не только естественный износ в виде трещин — он еще и неизбежно дубеет. При прогреве мотора эластичность ремня частично восстанавливается, поэтому посвистывания сходят на нет. В возникновении металлических звуков иногда виноваты мелкие камешки, попадающие в ручейки ремня и контактирующие со шкивами.

Исправность роликов в большинстве случаев можно проверить, сняв ремень и оценив их люфт. Гораздо реже приходится применять стетоскоп. Иногда подшипники роликов гудят или рокочут без заметного люфта.

До инфаркта могут довести владельца водяной насос или генератор. При износе подшипников они гремят так, будто в металлическом ведре болтаются стальные шарики. При этом не всегда их шкивы имеют ощутимый люфт, а «помпа» — еще и видимую течь. Без стетоскопа предварительно выявить этих виновников можно простым приемом: надо снять навесной ремень и пустить мотор. Такая кратковременная проверка не опасна для двигателя. Разумеется, описанный прием применим лишь к моторам с цепным приводом ГРМ, когда водяной насос приводится в движение навесным ремнем. В противном случае таким способом «помпу» не проверишь.

Привод ГРМ

Грохот в первые секунды после пуска холодного мотора, как будто встряхнули ведро с болтами, говорит о том, что виноват или натяжитель цепи ГРМ, или изношенная муфта механизма изменения фаз газораспределения. Такой характерный звук сложно с чем-то спутать.

В фазовращателях со временем разбивает внутренние элементы, и они грохочут, пока полости не заполнятся маслом.

Помимо естественного износа проблемы с натяжителем цепи ГРМ могут быть связаны с его конструкцией. Натяжитель работает благодаря подаче масла под давлением, при этом у многих натяжителей не предусмотрен запорный клапан. По этой причине после остановки двигателя масло в ряде случаев беспрепятственно стекает из корпуса, и цепь провисает. После пуска мотора нужно некоторое время, чтобы восстановить рабочее давление жидкости в натяжителе.

Если цепь растянулась, она шумит постоянно. При этом возникает рассогласование фаз, что оборачивается более жесткой работой мотора — вплоть до того, что бензиновый агрегат может звучать как дизель. Важно понимать, что уже при небольшом растяжении цепи, еще до появления легкого постукивания, современные моторы начинают терять в динамике и нестабильно заводятся при холодных пусках.

Клапанный механизм

Неправильные зазоры в клапанном механизме вызывают отчетливый звонкий стук. Его частота увеличивается с ростом оборотов мотора. Температура двигателя на характер звука не влияет.

Практически идентичный стук издают изношенные гидрокомпенсаторы. Однако для некоторых двигателей шум в первые секунды после холодного пуска — нормальное явление: требуется некоторое время на заполнение их маслом. Постоянный же стук говорит о выходе из строя гидротолкателей: внутренние клапаны перестают удерживать масло, давление внутри компенсатора падает и увеличивается зазор в клапанном механизме — это и вызывает стук.

Продолжительность жизни компенсаторов напрямую зависит от чистоты масла (читай: от интервалов замены) и его давления.

Цилиндропоршневая группа

Стук цилиндропоршневой группы связан с чрезмерными зазорами, появляющимися вследствие износа деталей. Он напоминает звук, возникающий из-за гидрокомпенсаторов или клапанов, только более глухой. В зависимости от величины зазоров стук поршней может быть постоянным или пропадать после прогрева мотора.

Временный стук, который многие автовладельцы порой даже не слышат, часто возникает из-за локального перегрева цилиндров и поршней. С современными моторами это может произойти, даже если не было общего перегрева с закипанием антифриза. По причине локального повышения температуры ведет юбку поршня, он теряет конусность, зазор между ним и стенкой цилиндра увеличивается — в итоге при его перекладке в верхней мертвой точке возникает стук. С прогревом мотора тепловые зазоры уменьшаются и посторонний шум пропадает — чего практически не происходит при серьезном износе цилиндра.

В случае деформации поршня можно отделаться малой кровью, заменив лишь собственно поршни. А вот постоянный стук поршней говорит о чрезмерных зазорах, и тут уж неизбежен капитальный ремонт двигателя.

Вкладыши

Критический износ шатунных и коренных вкладышей коленвала становится причиной звонкого грохота — как будто долбят молотком по стали. Его частота возрастает с увеличением оборотов и не зависит от рабочей температуры двигателя. Особенно сильно грохот проявляется под нагрузкой. Проще всего это смоделировать на машинах с автоматом, проведя столл-тест (stall-test): удерживая педаль тормоза, чтобы автомобиль не тронулся с места, селектор трансмиссии нужно перевести в положение «драйв» и кратковременно повышать до средних обороты мотора — посторонние шумы будут слышны отчетливо.

Заслонки во впускном трубопроводе

Многих сервисменов и автовладельцев сбивает с толку стук заслонок во впускном трубопроводе. На холостых оборотах мотора этот шум очень похож на тот, что издают умершие гидрокомпенсаторы. Но под нагрузкой звук приобретает явный «пластмассовый» тон. Так шумит ось заслонок, которая со временем изнашивается в посадочных местах и начинает вибрировать.

Колебания убитой оси отчетливо слышны стетоскопом. Неисправность оси можно отловить и без «прибора», если удастся подлезть к ее концу, выходящему из коллектора, или к тяге от привода. Немного прижав «хвост», к примеру, отверткой, вы временно исключите вибрацию — и шум пропадет. Кстати, не спешите менять дорогостоящий трубопровод в сборе: неисправную деталь можно отремонтировать.

Благодарим ООО «Иномотор» (Москва) за помощь в подготовке материала.