變壓器鐵心噪聲的產(chǎn)生及降低噪聲的措施

金　晶（天威保變（合肥）變壓器有限公司工藝部,合肥　230041）

變壓器鐵心噪聲的產(chǎn)生及降低噪聲的措施

金晶
（天威保變（合肥）變壓器有限公司工藝部,合肥230041）

鐵心硅鋼片的磁滯伸縮是變壓器本體噪聲產(chǎn)生的根源，也就是說變壓器鐵心的噪聲也基本上是由硅鋼片的磁滯伸縮引起的。另外，鐵心的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，鐵心加工制造的工藝燈都對其噪聲水平有著一定程度的影響。

變壓器；鐵心；噪聲

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種公害作為一種社會(huì)問題已經(jīng)越來越引起人們的重視。城區(qū)的不斷擴(kuò)大以及電網(wǎng)改造的需要，某些變壓器要求安裝在靠近居民區(qū)或直接設(shè)在居民區(qū)內(nèi)，為保證良好的居住環(huán)境，變壓器的噪聲問題作為一種社會(huì)公害頁已經(jīng)引起各使用單位和制造廠的普遍關(guān)注。

試驗(yàn)和研究表明，變壓器本體振動(dòng)的主要源于以下幾個(gè)方面：

（1）由于硅鋼片在鐵心勵(lì)磁時(shí)的磁滯伸縮現(xiàn)象而引起的鐵心振動(dòng)。磁滯伸縮是指鐵心勵(lì)磁時(shí)，在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸縮小，而在沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加，這種硅鋼片的尺寸變化稱為磁滯伸縮。

（2）繞組中通過負(fù)載電流時(shí)，繞組間、線餅間、導(dǎo)線間產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電磁力引起繞組振動(dòng)。

（3）漏磁引起油箱壁以及大型電力變壓器的磁屏蔽的振動(dòng)。

（4）由于漏磁，在硅鋼片接縫處和疊片之間會(huì)產(chǎn)生電磁力，從而導(dǎo)致鐵心的振動(dòng)。

因此，可以認(rèn)為，變壓器本體的振動(dòng)完全取決于鐵心的振動(dòng)。

1　影響鐵心產(chǎn)生噪聲的因素

1.1硅鋼片的磁滯伸縮對噪聲的影響

鐵心在勵(lì)磁時(shí)，硅鋼片的磁滯伸縮導(dǎo)致鐵心產(chǎn)生噪聲或者更進(jìn)一步說是造成變壓器本體噪聲的最主要也是最直接的根源。因此，加強(qiáng)對磁滯伸縮的激勵(lì)及磁滯伸縮有關(guān)的各種因素的研究，以便采取有效的技術(shù)措施，使硅鋼片的磁滯伸縮得到控制和減小，是控制、降低變壓器鐵心及本體噪聲的最可靠也最有效的方法。

1.2鐵心結(jié)構(gòu)及幾何尺寸對噪聲的影響。

鐵心結(jié)構(gòu)形式，外形尺寸，重量，轉(zhuǎn)交部位的接縫形式，心柱和鐵軛的相對搭接面積等都與鐵心的噪聲水平有著密切而復(fù)雜的關(guān)系。

1.3鐵心裝配工藝對噪聲的影響

鐵心在交變磁場下會(huì)產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)，磁滯伸縮振動(dòng)和磁動(dòng)態(tài)振動(dòng)。第一種形式的振動(dòng)是由電工硅鋼片的機(jī)械性能決定的。第二種形式的振動(dòng)是由接縫附近的曾與曾之間的硅鋼片相互作用而引起的。這兩種振動(dòng)形式之間的數(shù)量關(guān)系取決于硅鋼片的夾緊程度。鐵心的噪聲水平隨鐵心所受夾緊力的增大而升高；隨鐵心所受拉伸力的增大而降低。鐵心的夾緊力在某一最佳值時(shí)，鐵心的噪聲水平最低。

1.4諧振對鐵心噪聲的影響

變壓器鐵心是一個(gè)多自由度的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率多種多樣，當(dāng)鐵心磁滯伸縮振動(dòng)的基頻和二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動(dòng)頻率的值相接近時(shí)，鐵心便會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，從而影響到鐵心的噪聲，使鐵心的噪聲大幅度增高。

2　降低鐵心噪聲的技術(shù)措施

通常情況下，變壓器本體的振動(dòng)完全取決于鐵心的振動(dòng)。因此要降低變壓器本體的噪聲水平，首先必須采取一些必要的措施來控制鐵心的噪聲水平。

（1）使用磁滯伸縮率小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。如果在硅鋼片表面施加張力，則鐵心、磁滯伸縮減少；如果加以壓應(yīng)力，則鐵損、磁滯伸縮增加。超取向高導(dǎo)磁硅鋼片是在硅鋼片上由表層絕緣膜施加初始張力，因此它的磁滯伸縮較小。研究與試驗(yàn)表明，，在工作磁密相同的前提下，相較于一般的晶粒取向冷軋硅鋼片，若采用磁滯伸縮率小的超取向高導(dǎo)磁硅鋼片（如Hi-B硅鋼片），鐵心噪聲可降低2-3dB，若采用磁疇細(xì)化的硅鋼片（如ZDKH硅鋼片），鐵心的噪聲可降低2-8dB。若在實(shí)際應(yīng)用中，能夠使用硅含量為6.5%的硅鋼片，那么鐵心的噪聲將能更為明顯的降低。

（2）降低鐵心中的磁通密度。降低大型變壓器鐵心中磁通密度，可有效控制、降低鐵心的發(fā)出的噪聲。經(jīng)過研究和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，額定工作磁密B在1.4T至1.8T之間時(shí)，當(dāng)磁密減少0.1T，鐵心噪聲即可降低2-3dB。

眾所周知，在磁通保持不變的情況下，鐵心截面與磁通密度成反比，當(dāng)鐵心截面增加時(shí)，相應(yīng)的鐵心重量、線圈重量也隨之增加。因此，磁通密度雖然得到了降低，但變壓器的成本卻上升了。如果把噪聲水平降低10dB，變壓器成本將增加20%-30%，而且還會(huì)使噪聲的發(fā)射表面積增大，變壓器的聲功率級增大。所以這種措施的采用是有一定限度的，要鐵心噪聲的大幅度下降，完全采用降低磁密的方式是不經(jīng)濟(jì)、不可取的。比如，德國只允許把磁密降到1.4T（對小型變壓器允許降到1.0T），而日本三菱公司則嚴(yán)格規(guī)定，磁密降低程度最大只允許在10%左右。

（3）改進(jìn)鐵心結(jié)構(gòu)。這對降低噪聲是極為重要的，在對鐵心的基本尺寸進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)注意使其尺寸關(guān)系的比例系數(shù)越小越好。研究和試驗(yàn)表明，低噪聲變壓器鐵心在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小窗高H與心柱直徑D1的比值，比值每降低10%，噪聲將降低5.7dB。這就是說應(yīng)該盡量將低噪聲變壓器設(shè)計(jì)成矮粗形，但這種情況成本會(huì)有所增加。為了降低鐵心的噪聲，ABB公司的經(jīng)驗(yàn)是：每級的鐵軛與心柱片寬之比與它們的截面積之比應(yīng)該完全相等。這樣可避免磁通由心柱進(jìn)入鐵軛時(shí)，產(chǎn)生垂直于硅鋼片表面的漏磁通而引起噪聲的增大。

冷軋硅鋼片具有方向性，為了有效并充分利用這個(gè)特點(diǎn)，在片型和搭接設(shè)計(jì)時(shí)，需使用無孔鐵心片結(jié)構(gòu)，并且采用45度全斜接的接縫形式，以此降低鐵芯片的磁滯伸縮率。研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，在接縫結(jié)構(gòu)方面，當(dāng)設(shè)計(jì)為階梯接縫時(shí)，在鐵心轉(zhuǎn)角處，磁通的分布得到改善，所以轉(zhuǎn)角處的磁滯伸縮比搭接和對接時(shí)既小又均勻，大約可降低鐵心噪聲3%-4%。

（4）合理設(shè)計(jì)鐵心的尺寸，以免造成鐵心諧振。在鐵心設(shè)計(jì)過程中，選擇合理的鐵心尺寸，可以有效防止磁滯伸縮振動(dòng)的基頻及二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動(dòng)頻率一致，從而避免了諧振現(xiàn)象的發(fā)生。一般而言，只要鐵心的固有頻率小于磁滯伸縮基本頻率的三分之一，即小于30HZ就可以了。

（5）采用先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝。采用先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝，盡可能減少在剪切硅鋼片、疊積鐵心等制造過程中，外界的因素對磁滯伸縮特性的不良影響。在剪切和疊積時(shí)，若不加注意，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，硅鋼片的磁滯伸縮率會(huì)增大。疊積完成后，綁扎帶的綁扎位置和夾緊力應(yīng)適當(dāng)，綁扎間隔不宜過大，綁扎帶要有足夠的夾緊力，并且夾緊力應(yīng)盡量均勻，保持疊片平直，避免疊片產(chǎn)生波浪狀變形。鐵心在起立及吊運(yùn)的過程中應(yīng)避免猛烈撞擊，以防產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。鐵心在疊積完成后，可采用在刀口面涂刷環(huán)氧樹脂的方法，通過樹脂的毛細(xì)滲入，使鐵芯片間較好地粘接在一起，降低硅鋼片的磁滯伸縮率。這些措施能使鐵心的噪聲降低1-3dB。

金晶（1989—），女，安徽合肥人，本科，助理工程師，從事工作：變壓器制造工藝。