非晶合金变压器的噪声特性及降噪措施研究

非晶合金变压器的噪声特性及降噪措施研究

发表时间：2019-04-17T13:51:46.703Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第35期作者：朱金虎

[导读] 变压器的质量可靠性和技术先进性取决于变压器的噪声水平，作为一类节能型的产品，非晶合金变压器借助自身的空载特点，逐渐受到了市场以及用户的广泛认可，特别是将其作为配电变压器使用，有效提升了变压器的市场占有率。

朱金虎

特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉 831100

摘要：变压器的质量可靠性和技术先进性取决于变压器的噪声水平，作为一类节能型的产品，非晶合金变压器借助自身的空载特点，逐渐受到了市场以及用户的广泛认可，特别是将其作为配电变压器使用，有效提升了变压器的市场占有率。然而，由于非晶合金材料的特有属性，加之其加工准度大等特点，导致相同参数的非晶合金变压器比硅钢变压器的噪声高因此，深人研究非晶合金变压器的噪声特睦十分必要。鉴于此，本文就非晶合金变压器的噪声特性及降噪措施展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：非晶合金；变压器；噪声；措施

1.非晶合金变压器噪声产生机理

非晶合金铁心变压器噪声的主要来源是非晶铁心及绕组。变压器励磁后，由于磁致伸缩，引起铁心和绕组的振动，并在向外传递过程中，引起油箱及附件的振动。减小铁心及绕组的振动，是控制非晶变压器噪声的主要途径。非晶薄片（每片厚度一般在0.025mm左右）的防震性比较差，非晶铁心比硅钢片铁心产生的噪声要大，控制非晶合金变压器的噪声尤为困难。所以在对环境要求越来越高的今天，研究如何降低非晶变压器的噪声显得十分重要。非晶铁心及绕组产生的振动通过两种途径传递至油箱：一是通过绕组、夹件和油箱的机械联结传递；二是通过声波在油液中传递。油箱的振动产生向外辐射的噪声，因此，从声源上控制非晶合金铁心的磁致伸缩，并对声波传递过程中进行阻尼、衰减是减少非晶合金变压器噪声的主要途径。

2.非晶合金变压器的噪声特性研究

2.1非晶合金变压器铁心的振动特性分析

非晶合金变压器铁心振动的本质是非晶合金材料的磁致伸缩现象，表现形式是非晶合金变压器运行时，非晶合金变压器铁心受到由交变电流产生的交变磁场的作用，导致非晶合金材料发生力学形变与位移。分析非晶合金变压器铁心振动特性需要引入电磁力体积密度来表征磁致伸缩现象引起的磁场力。当非晶合金变压器在额定电压为正弦波的磁通作用下，一个周期内非晶合金的长度将变化两次，所以非晶合金变压器铁心的振动频率为基波频率的两倍，故非晶合金变压器铁心磁致伸缩的频率也是基波频率的两倍。非晶合金变压器铁心振动强度与磁致伸缩引起的磁场力大小直接相关，而非晶合金由磁致伸缩现象导致的长度变化又与磁感应强度直接相关，所以使非晶合金变压器铁心振动的强度随着非晶合金磁感应强度和磁场力的变化而变化。此外，非晶合金变压器在特殊情况下会受到直流偏磁（由太阳磁暴或励磁电流中的直流分量引起）的影响，导致非晶合金变压器铁心的磁致伸缩现象更加严重，励磁电流畸变也会产生谐波分量，最终引起非晶合金变压器的噪声急剧增大.

2.2非晶合金变压器的绕组振动特性分析

在非晶合金变压器的轴向上，绕组受自身重力、电磁力、上下夹件（垫块）所施加力的共同作用而发生振动。绕组所受电磁力的辐向力使内外层绕组变形，对绕组振动的贡献较小，只有在短路情况下才会变得很大，所以这里暂不予考虑。非晶合金变压器的绕组可以看成由多个弹性元件组成的整体，上下夹件（垫块）可以看成处于压缩状态的弹簧。非晶合金变压器在设计和装配过程中，铁心、油箱、夹件等器件应回避绕组的固有振动频率及其整数倍关系的频率，以避免共振现象引起绕组的振动噪声增大.

3.降低非晶合金变压器噪声的措施

3.1优化非晶合金变压器铁心结构与设计

（1）传统变压器都是以铁心作为支撑骨架悬挂绕组，非晶合金变压器铁心受力过大会增大噪声。增加绕组的机械强度，在绕组上下端面用结构件支撑，实现以绕组为支撑骨架悬挂铁心，这样可以使非晶合金变压器铁心仅承受自身重力的作用，减小非晶合金变压器铁心因受力过大而引起的噪声。（2）非晶合金变压器铁心由于非晶合金带材的搭接会存在很多接缝，这些接缝会增大铁心的振动幅度。采用非晶合金带材的连续卷制工艺，制成无接缝结构非晶合金变压器铁心可以大幅缓解由接缝引发的振动噪声。这种无接缝结构对生产工艺要求较高，需要保证非晶合金带材卷制整齐，又不能使非晶合金带材受力过大。（3）非晶合金带材存在固有振动频率，当非晶合金变压器其他材料的振动频率与非晶合金带材或铁心的固有振动频率相近或成整数倍关系，会引起共振，使变压器的噪声急剧增大。所以，在特殊情况下设计非晶合金变压器时，可以采用软件计算出各主要结构件的振动模态和频率，合理选择非晶合金带材的宽度，避免共振现象的出现。

3.2声波传递过程中，对其进行阻尼衰减

（1）增加侧夹件刚性。非晶铁心外挂在绕组上，其在振动向外传递过程中，首先遇到的是夹件，适当增加夹件刚性，可阻尼声波的传递，进行首次衰减，特别是侧夹件增加刚性后也能增强产品的机械强度，在侧夹件上加焊加强筋，可改变器身频率，避免与铁心产生共振，采取这些措施，可降低噪声2dB（A）~3dB（A）。（2）绕组底部与托板间隔振处理。在绕组底部与夹件托板间加隔振橡胶垫，可抑制绕组的振动强度，减少共振发生，两组铁心之间加垫一层1mm的橡胶材料，减少两组铁心的共振，也有利于降低噪声，效果比较明显。（3）器身与箱底间垫防振垫。在器身夹件下与油箱底板间垫24mm厚防振垫，隔振效果较好，约可降1dB～2dB。（4）在箱壁内侧加降噪板。在箱壁上加焊降噪板，该板表面凹凸不平，声波传递到这，进行反射，方向改变，引起相互间声波衰减，可降1dB（A）

~2dB（A）。（5）将散热器的各散热片与油箱焊接连成一体，可减小散热片的振动，有利于降噪，该措施几乎不增加成本，如图1所示。

图1非晶合金铁心降噪板

（6）目前还存在一个问题，非晶合金变压器运行一段时间后，噪声有所增加，过去将原因归结于非晶材料的问题。事实上，非晶合金带材在低频低温的情况下，一般不会发生材质上的变化。而变压器噪声增长的主要原因是变压器在长时间运行过程中产生的振动对铁心的影响，特别是对铁心接缝的影响。由于非晶铁心没有采取非常紧固的绑扎方式，长期的振动，造成接缝处位置发生变化，最终造成运行一段时间后噪声增大。所以在铁心之间，适当加些支撑，防止铁心接缝与位置发生变化，有利于非晶合金变压器长期运行。

结语

非晶合金变压器的噪声是一个复杂的系统性问题，不仅与每一个结构件和制造工艺有关，还与产品运行状态密切相关。当高压套管运行异常、内部放电、过载等情况出现时，都会直接或间接导致变压器噪声增大。因此，根据非晶合金材料的磁致伸缩特性，结合非晶合金变压器的噪声本质，采用合理的结构设计、合适的制造工艺、先进的降噪材料，并保持良好的运行状态，非晶合金变压器的噪声问题应该不会成为制约其大范围应用和推广的瓶颈。

参考文献

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