低噪聲電力變壓器及其設(shè)計(jì)分析

丁駿龍

摘要：本文主要分為兩個(gè)部分，第一部分介紹低噪聲電力變壓器的基本概念，第二部分介紹低噪聲電力變壓器設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要從三個(gè)方面進(jìn)行論述，分別是磁密選擇，計(jì)算鐵心自振頻率，降噪方法的應(yīng)用，其中降噪方法又可分為三個(gè)方面，從而得出一定結(jié)論和數(shù)據(jù)，希望通過本文的分析，能夠給有關(guān)機(jī)構(gòu)提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：低噪聲;電力變壓器;變壓器設(shè)計(jì)

一、低噪聲電力變壓器概念

基于物理學(xué)的噪聲主要是指通過彈性介質(zhì)無規(guī)律振動(dòng)而產(chǎn)生的聲音。對(duì)于變壓器而言，其噪聲產(chǎn)生部件有鐵心、油箱及其外部組件、繞組等，這種噪聲具有連續(xù)性特點(diǎn)。以聲音頻率為根據(jù)，可以將其分為三種，包括低頻噪聲、中頻噪聲和高頻噪聲。通常情況下，對(duì)于相同振幅具有不同頻率的噪聲，正常人因?yàn)榫哂胁煌舾卸?，使其更為敏感高頻噪聲。

影響變壓器本體噪聲大小的因素有很多，包括變壓器額定容量、內(nèi)部構(gòu)造、加工鐵心工藝、器身與鐵心間壓緊力等。

二、低噪聲電力變壓器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）選擇磁密

變壓器器中的重要技術(shù)參數(shù)之一是磁密，它對(duì)產(chǎn)品功能和經(jīng)濟(jì)性都有重大影響，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品過程中需要著重考量。通過實(shí)踐可知，磁密下降之后，噪聲也會(huì)相應(yīng)減小，二者之間的間距越大，其效果越顯著。然而，當(dāng)前各個(gè)生產(chǎn)廠家處于對(duì)成本壓力的考慮，不能借助低磁密將超低噪聲獲取到。測(cè)量多臺(tái)主變產(chǎn)品之后，能夠?qū)⒃肼暡煌闆r下對(duì)磁密的要求得出來。通過對(duì)產(chǎn)品的空載電流、空載損耗、過勵(lì)磁能力及噪聲要求的綜合考慮可知，將適合的磁密選擇出來，有利于獲得良好經(jīng)濟(jì)性能。

（二）鐵心自振頻率的計(jì)算

通過實(shí)驗(yàn)可知，鐵心自振頻率與磁致伸縮振動(dòng)基波頻率聯(lián)系緊密，當(dāng)二者保持一致時(shí)，會(huì)有和諧共振現(xiàn)象發(fā)生于鐵心中，使變壓器噪聲增加。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)產(chǎn)品產(chǎn)品過程中就要防止這個(gè)情況發(fā)生。這就需要應(yīng)用一個(gè)計(jì)算公式，即Kc=0.15×（）+0.8，此公式中的d1是心柱，d2是鐵軛直徑，鐵心窗高用h表示，鐵心窗寬為b，Kc則為成比例系數(shù)。

針對(duì)50Hz電源系統(tǒng)而言，鐵心自振頻率只需要規(guī)避其基波頻率范圍即可，然而，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還會(huì)存在其他降噪措施，可以選擇的鐵心直徑比較少，必然會(huì)增加產(chǎn)品成本。因此，在對(duì)常規(guī)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就要將核心區(qū)域避開，從而使產(chǎn)品對(duì)降噪要求進(jìn)行滿足。通過Kc的計(jì)算可知，使鐵心直徑增加、鐵心高度降低，將其創(chuàng)造成粗矮形狀，具有降低噪音功能，同時(shí)也能滿足經(jīng)濟(jì)性要求。因此，選擇鐵心尺寸關(guān)系時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性與噪聲要求需保持一致。

（三）應(yīng)用降噪方法

1、降噪方法在油箱上的應(yīng)用

第一，鐵心在磁振伸縮下產(chǎn)生的振動(dòng)使其傳遞到油箱上，然后以油箱噪聲振動(dòng)傳遞方式擴(kuò)散到四周，且具有均勻性。想要將油箱壁振動(dòng)減小，就要使油箱剛度提升，使箱壁厚度與盒子數(shù)量適當(dāng)增加，減小油箱振動(dòng)幅度。但是因?yàn)橛拖渖嫌泻芏嗯浼?，不能無限度增加油箱厚度與盒子數(shù)量。

第二，將降噪材料添加到油箱四周的加強(qiáng)盒子中，不僅使油箱重量增加，使振幅減小，還能能使穿過油箱的主體噪聲中一部分噪音聲波被降噪材料吸收掉。基于強(qiáng)度需求，油箱加強(qiáng)盒必不可少，這就需要添加具有較低價(jià)格且易于獲取的材料滿足降低噪聲，節(jié)約成本需求。通過大量實(shí)驗(yàn)可知，將河沙裝進(jìn)加強(qiáng)盒可以不采用任何降噪措施，降噪效果也比較良好。

第三，如果產(chǎn)品有超低降噪要求，僅僅裝進(jìn)河沙無法滿足要求，可以使油箱結(jié)構(gòu)增加一層。外層油箱壁應(yīng)用降噪材料，能夠增加油箱強(qiáng)度，將河沙裝進(jìn)盒內(nèi)后，夾層同樣可以裝河沙，或者將其他填充材料裝進(jìn)去。通過對(duì)比可知，組合隔音氈與吸音棉后的降噪效果比較顯著，同時(shí)還具有較低成本，可以應(yīng)用于超低降噪產(chǎn)品中。

聚氯乙烯是隔音氈主要材質(zhì)，厚度為6mm，呈黑色，其中一面的無紡布可以為安裝提供方便，粘在箱壁上，供貨時(shí)是卷料，裁剪隨意。

吸音棉又叫做巖棉，主要材料是玄武巖，在高溫加熱后形成無機(jī)纖維板，有很多性能，如較好的隔熱、吸音、阻燃性，厚度為50mm，供貨形式為板料，裁剪隨意。

加工步驟：在方便箱外層貼好隔音氈，上面覆蓋吸音棉2-3張，略微壓縮，焊接好外層方便箱。

雙層方便箱結(jié)構(gòu)具有明顯降噪成效，以不同噪聲需求為根據(jù)，將隔音吸音材料或則夾層河沙選擇出來，整體成本增加很少，然而，制作雙層油箱工藝比較復(fù)雜，隔音材料增加后，會(huì)降低箱壁散熱性能，同時(shí)增加冷卻器，增加成本。

2、降噪方法在鐵心上的應(yīng)用

第一，保持心柱與軛片一樣的寬度，需要應(yīng)用45度全斜五級(jí)或七級(jí)步進(jìn)，使轉(zhuǎn)角處磁致伸縮下降。

第二，應(yīng)用粗矮形狀鐵心，對(duì)鐵心的系數(shù)Kc進(jìn)行科學(xué)選擇，將鐵心自振頻率核心區(qū)域規(guī)避開，防止產(chǎn)生諧振情況，導(dǎo)致升高噪聲。

第三，對(duì)刀片剪切時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行規(guī)定，對(duì)硅鋼片剪毛刺長(zhǎng)度有要求，必須在0.02mm以內(nèi)，抽檢具有持續(xù)性;鐵心內(nèi)的片不允許有折痕或起波紋。

第四，將整體鐵心剛度增加，利用PVC帶綁扎鐵心心柱，帶寬約19mm，采用雙層方式綁扎，間距80mm;將不銹鋼高強(qiáng)度拉帶應(yīng)用于上下軛中，保持科學(xué)間距，均勻壓緊鐵軛與心柱，控制壓強(qiáng)，使其為0.1MPa;成臺(tái)樹立鐵心后，排除上鐵軛，所有端口截面均需涂抹H膠，保持100mm以上的滲透深度。

第五，將1-2張厚度為0.5mm的橡膠板增加到重疊的鐵心片之間;作用是可以緩沖振動(dòng)，行業(yè)內(nèi)已有應(yīng)用，因?yàn)椴荒軐?duì)比，所以實(shí)際效果不能用具體效率值衡量。

第六，因?yàn)橛薪涌p氣隙存在于鐵心四角中，因此柱與軛之間具有較嚴(yán)重的振動(dòng)，這就需要應(yīng)用耐油膠紙或者紙板包裹嚴(yán)密，從而使四角振動(dòng)噪聲減弱。

3、降噪方法應(yīng)用于上下定位中

通過上下定位，鐵心會(huì)將振動(dòng)傳遞給油箱，借助油箱繼續(xù)傳播到外面。這就需要將合適的上下定位結(jié)構(gòu)選擇出來，使噪聲傳遞效率降低，在滿足定位強(qiáng)度需求基礎(chǔ)上，改變硬傳遞，使其成為軟傳遞。

結(jié)束語：

總而言之，有很多因素都會(huì)影響變壓噪聲，對(duì)于常規(guī)要求的低噪聲變壓器而言，設(shè)計(jì)時(shí)把握重點(diǎn)，就可以對(duì)其噪聲要求進(jìn)行很好滿足。對(duì)于超低噪聲產(chǎn)品而言，需要從全局角度出發(fā)進(jìn)行考慮，不僅把握重點(diǎn)，還要密切配合細(xì)節(jié)。當(dāng)前用戶不斷提高的噪聲需求，使得現(xiàn)代技術(shù)不能進(jìn)行滿足，還需要進(jìn)一步探索新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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