变频冰箱噪音改善研究

王晓锋 余 涛 王 震

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近年来变频冰箱由于在节能、保鲜等方面比传统定频冰箱具有明显优势，已经成为消费者的首选，变频冰箱的市场占有率也在大幅上升，冰箱变频技术的研究也得到了迅猛发展。

变频冰箱与传统定频冰箱相比，冰箱运行过程中的智能化程度明显提高，通过优化变频板软硬件设计和程序控制，变频冰箱的开停机噪音和稳定运行声音都比定频冰箱有较大幅度降低，静音也成为变频冰箱的一个重要卖点，而如何进一步提升变频冰箱的静音水平也成为变频冰箱研发的关键技术。

在变频冰箱市场噪音反馈中，我们发现变频冰箱在运行过程中出现了与传统冰箱不同的噪音情况。本文结合实例，通过市场反馈的变频冰箱一类特殊高频噪音，我们从变频冰箱的噪音实测频谱入手，结合变频冰箱的结构和工作原理，找到了冰箱产生高频噪音的噪声源，通过优化设计，改善了产品的噪声品质，为后续类似变频冰箱的噪音改善提供借鉴和参考。

1 噪音源分析

1.1 噪音反馈

某款变频冰箱在市场投放后，市场反馈冰箱在运行过程中，出现长时间的尖锐啸叫声音，尤其靠近冰箱压缩机处特别明显，部分用户反映噪音无法接受，要求立即改进。

1.2 冰箱噪音测试数据分析

根据市场投诉，我们选择了在产的同一型号三台冰箱进行了噪音测试，具体数值如表1。

表1 冰箱噪音测试数据

根据表1，冰箱整机的噪音值没有异常，比合格标准值低，均在可接受范围内。通过进一步对冰箱噪声的频谱进行分析（图1），可以看出冰箱在10 kHz下分贝值较大，而此频段声音在一些对高频声音敏感的人，相当尖锐，容易产生不良体验，产生投诉。

图1 冰箱噪声实测频谱

1.3 保护器噪音测试数据分析

针对10 kHz的声源，通过人耳初步判断是压缩机保护器发出的声音。为此，我们将保护器单独接出到冰箱外部试听，10 件同规格保护器有6 件出现噪音，4 件无明显异响。

用信号发生器直接连接到保护器样品，输入10 kHz方波信号，采用手机测音软件测试,发现同样体现在10 kHz频段，与冰箱测试频谱相同。

对于出现噪声的保护器，耳听噪声明显且在频谱上10 kHz处的幅值很高，如图2所示。

图2 保护器噪音实测频谱1

对于耳听噪声不太明显的保护器，在频谱图上10 kHz处仍能看出较为明显的峰值点，不过比有噪音保护器的峰值高度要低很多，如图3所示。

图3 保护器噪音实测频谱2

2 产生噪音的原因分析及解决方案

2.1 原因分析

2.1.1 保护器接直流端验证

此款冰箱的保护器是接在变频板整流桥后的一段震荡电路（见图4），该段电路会对冰箱保护器输入10 kHz的高频信号；经过多次判断，当保护器被输入10 kHz信号以后，保护器内部的电阻丝与10 kHz信号发生了谐振（或激振），产生高频噪声。由于保护器电阻丝本身在尺寸、形状和装配方面也存在一定的公差范围，所以在10 kHz信号下表现出来的谐振（或激振）程度在耳听感受和噪音频谱上会有所差异。

图4 变频板直流端接保护器示意图

2.1.2 保护器接交流端验证

为进一步判断是否直流端输入是产生噪音的来源，我们把同一款保护器接在另一款采用日常交流电源（220 V/50 Hz）输出的变频板进行测试（图5），保护器没有产生此类噪音，因此，我们可以得出，保护器产生噪音的根本原因在于保护器与变频板直流端振荡电路产生谐振，如果保护器的输入采用正常交流电50 Hz的标准正弦波时，保护器不会产生谐振。

图5 变频板交流端接保护器示意图

2.2 改进措施

从上述分析中，我们可以得到解决谐振（或激振）的初步思路，通过以下两方面来规避谐振。

1）改变变频板对保护器的输入电路频率（降低或增大频率），避开保护器的固有频率段。

2）调整保护器电阻丝结构，改变保护器固有频率，避开与变频板输入的高频电路的谐振。

在实例冰箱中，在不影响保护特性的前提下，我们确定了调整保护器电阻丝形状的方案，最终调整方案如图6 所示。

图6 保护器调整

2.3 改进验证

1）保护器噪音:

对改进后的保护器单独搭载变频板进行噪声检测，保护器未发现异常噪音，通过噪声软件测试，在10 kHz信号下的噪音值无明显异常（见图7）。

图7 改进保护器噪音实测频谱

2）整机噪音测试情况。

再对改进后保护器的整机进行噪音测试，整机无异常谐振声音，从测试频谱图上看（见图8）， 10 kHz下噪音显著下降，整机改进效果明显。

图8 改进保护器整机噪音实测频谱

通过对保护器和整机分别验证的结果，我们可以看到由保护器与变频板输入电路产生的谐振噪音得到了消除，也进一步证明了我们问题改进的思路是正确的。另外，从消除谐振源来说，我们也可以改变变频板输入电路的频率达到同样的消除谐振的效果，考虑机理相同，本文不再赘述。

3 结语

本文通过对变频冰箱压缩机保护器高频谐振噪音产生的原因进行分析，并通过改进保护器的固有频率消除了谐振源,为变频冰箱的噪音改善提供了参考，同时通过上述研究我们也能有以下进一步的分析。

1）传统的冰箱保护器设计需要适应变频冰箱的电源变化。一直以来，传统冰箱的保护器的设计目的就是接在 220 V/50 Hz或60 Hz火线侧,起到过热、过流等异常情况下实现切断电路保护压缩机的功能，由于保护器端输入基本是50 Hz或60 Hz的低频段，而保护器自身的固有频率基本上在 3 kHz以上的高频段，因此传统冰箱保护器基本不会产生谐振的噪音。而变频冰箱变频板的输出电路频率一般为10～100 kHz，如果输入到保护器，就有可能与保护器的固有频率产生谐振，这提醒我们变频冰箱在借用传统冰箱的零部件时，需要全面考虑变频冰箱电压频率等输入改变可能导致相关电气零部件适应性的变化。

2）变频板的设计参数需要进一步规范。在变频冰箱发展过程中，变频板最初一般设计为单纯的压缩机驱动板，保护器的输入以交流电压输入为主。经过多次迭代开发，变频板与控制板集成的一体板开发技术已日趋成熟，而一体板的过程中，保护器的输入也逐步改变为由变频板上直流载波电路供电。此案例中变频一体板输出的载波电路的频率与保护器固有频率产生谐振引起的噪音投诉在国内外尚属首次。通过本案例的研究，我们完善了冰箱变频板的电压频率等输出参数的规范，统一了变频板输入参数，也避免了后期因不同厂家或产品变频板设计差异，再次出现类似产品谐振噪音的问题。

3）现有噪音实验分析方法需要进一步完善。以往冰箱进行噪音测试时，最终关注的是整机的噪音水平，对于特殊频率下的噪音峰值分析做得不多，本文案例中，我们可以看到产生噪音投诉的重点不是整机噪音，而是产品在某一高频段下的噪音，这就提醒我们开发人员，冰箱的噪音分析不仅要分析整机的噪音，更要对产品规律性的高频段噪音进行重点分析，避免因产品异常噪音产生的声品质下降导致的市场投诉。

本文是基于对变频冰箱高频谐振噪音产生的原因以及解决方案的研究，但相关技术研究成果和实施思路可应用到使用变频板和保护器的其他产品领域，具有一定的应用和推广价值。