變壓器噪聲產(chǎn)生的原因分析及相應(yīng)措施

1? 前言

近幾年來(lái)，在住宅及公共場(chǎng)所已經(jīng)越來(lái)越多地使用大型變壓器，這就對(duì)大型變壓器及中小型變壓器的噪聲提出了一定的要求。變壓器的噪聲問(wèn)題越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。如何降低變壓器噪聲已成為變壓器制造業(yè)急需解決的問(wèn)題。

2? 變壓器噪聲產(chǎn)生的原因

變壓器所發(fā)出的可聽見(jiàn)的噪聲是由鐵心的磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內(nèi)的電磁力所引起的。過(guò)去，一直認(rèn)為磁場(chǎng)誘發(fā)鐵心疊片沿縱向振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲是變壓器噪聲的主要成分。該振動(dòng)的幅值與鐵心疊片中的磁通密度及鐵心材質(zhì)的磁性能有關(guān)，而與負(fù)載電流關(guān)系不大。

具體來(lái)說(shuō)，變壓器噪聲共有三個(gè)聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負(fù)載和冷卻系統(tǒng)引起的噪聲之和。鐵心產(chǎn)生噪聲的原因是構(gòu)成鐵心的硅鋼片在交變磁場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生微小的變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵(lì)磁頻率的變化做周期性振動(dòng)。繞組產(chǎn)生振動(dòng)的原因是電流在繞組中產(chǎn)生電磁力，漏磁場(chǎng)也能使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生振動(dòng)。電磁力(和振動(dòng)幅值)與電流的平方成正比，而發(fā)射的聲功率與振動(dòng)幅值的平方成正比。因此，發(fā)射的聲功率與負(fù)載電流有很明顯的關(guān)系。

? 3? 影響變壓器噪聲的因素

? 3．1? 影響空載噪聲的因素

??? 鐵心產(chǎn)生噪聲的原因主要是在交變磁場(chǎng)作用下，硅鋼片的尺寸會(huì)發(fā)生微小的變化。由于磁致伸縮的變化周期是電源頻率的半個(gè)周期，磁致伸縮引起的變壓器本體的振動(dòng)，是以兩倍的電源頻率為基頻率的，所以硅鋼片的振動(dòng)主要是由鐵磁材料的磁致伸縮特性引起的。

磁致伸縮率大小與硅鋼片的材質(zhì)有關(guān)。磁致伸縮率越大，則噪聲就越大。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的情況下，材質(zhì)好的硅鋼片磁致伸縮也小，因此噪聲也小。

磁致伸縮率還與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，ε越大。

??? 磁致伸縮率還與硅鋼片表面是否涂漆及退火有關(guān)，因?yàn)橥繉訉?duì)硅鋼片有附著力，可防止硅鋼片變形。在同樣磁場(chǎng)強(qiáng)度下退火的硅鋼片比不退火的硅鋼片磁致伸縮要小很多，這是由于選擇最佳退火工藝，可以成倍降低磁致伸縮。

??? 變壓器空載噪聲除與本身材質(zhì)等有關(guān)外，還與接縫的情況有關(guān)。

3．2? 影響空載噪聲的其它因素

??? (1)鐵心結(jié)構(gòu)的影響。噪聲與心柱和鐵軛直徑、鐵心窗高、鐵心窗口寬度、鐵心質(zhì)量有關(guān)。鐵心質(zhì)量每降低1t，噪聲可降低1／3db(a)值。鐵心窗高與鐵心直徑的比值每減小0.1，變壓器噪聲就要降低2—3db。

??? (2)空載噪聲的頻率是以兩倍電源頻率為其基頻的。鐵心中除了基頻磁通外，還有高頻磁通，所以空載噪聲頻率也存在二次以上的高頻頻波。當(dāng)鐵心油箱的固有頻率與噪聲頻率接近時(shí)，將發(fā)生噪聲共振現(xiàn)象，使噪聲增大。因此，變壓器鐵心和油箱的固有頻率要避開一些高頻頻波。

??? (3)為了防止鐵心共振，在設(shè)計(jì)低噪聲變壓器時(shí)，還要考慮鐵心的自振頻率。當(dāng)變壓器的額定頻率為50hz時(shí)，鐵心的自振頻率應(yīng)避開以下頻帶：75-125hz，165-235hz，275-325hz，375-425hz。如自振頻率避開共振頻帶，鐵心將不會(huì)產(chǎn)生共振。

4? 降低空載噪聲的辦法

4．1? 減少振源噪聲

??? (1)采用磁致伸縮小的高導(dǎo)磁材料，如選30zhl20硅鋼片可比選用其它材質(zhì)的硅鋼片噪聲降低噪聲4-5db(a)。

??? (2)降低鐵心磁密，可以降低噪聲。磁密每降低0.1t，可降低2-3db(a)。噪聲但降低磁密后，鐵心截面積、變壓器等值容量和造價(jià)都相應(yīng)增加，從成本上來(lái)說(shuō)是不經(jīng)濟(jì)的。因此，降低磁密，不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)磁密的10％。

??? (3)改善和縮小鐵心接縫。鐵心采用多級(jí)接縫。采用多級(jí)接縫鐵心比兩級(jí)接縫空載噪聲小，可使噪聲降低4-5db(a)。這是因?yàn)椴捎枚嗉?jí)(四級(jí)及以上)接縫后，在接縫處磁通分布較均勻，又使氣隙中的磁密大大降低，導(dǎo)致接縫處由磁吸力引起的噪聲減小的緣故。另外，減小接縫，可以降低振幅，同時(shí)減小變壓器的勵(lì)磁容量及勵(lì)磁電流，使聲功率大幅度降低，可降低空載噪聲4~5db(a)。

??? (4)防止和減少硅鋼片在加工、生產(chǎn)過(guò)程中受到的機(jī)械撞擊，否則會(huì)使硅鋼片的磁致伸縮加大，從而增加鐵心的噪聲。

??? (5)在鐵心端面上涂環(huán)氧膠或聚酯膠，可增加鐵心表面張力約束，也可以起到減少磁致伸縮量，降低噪聲的作用。

4．2? 在吸收聲能減振方面

??? (1)鐵心產(chǎn)生的噪聲有一部分是通過(guò)箱底和基礎(chǔ)傳出去的。如果在器身和油箱之間或在油箱和基礎(chǔ)之間加緩沖器，能使聲音通過(guò)緩沖器衰減。可在鐵心墊腳處和磁屏蔽與箱壁之間放置防振膠墊，使鐵心和磁屏蔽的振動(dòng)傳到油箱時(shí)，由鋼性連接變?yōu)閺椥赃B接，從而達(dá)到減少振動(dòng)，防止共振，降低噪聲的目的。可以降低噪聲1-2db(a)。

??? (2)在油箱加強(qiáng)鐵內(nèi)放隔聲材料，可以將油箱振動(dòng)的能量吸收一部分，從而達(dá)到降低本體噪聲的目的，可以降低噪聲2-3db(a)。

4．3? 加隔音層降低噪聲

??? 根據(jù)油箱結(jié)構(gòu)，分為組合式與高效式兩種。組合式為：可根據(jù)油箱外部結(jié)構(gòu)情況將隔音板做成若干件，鋼板內(nèi)放吸音材料。吸音材料有：巖棉、玻璃纖維等。隔音壁能把變壓器本體發(fā)射的部分噪聲反射回去；而且當(dāng)噪聲穿過(guò)隔聲壁時(shí)，也能被吸收一些，起到降低噪聲的作用。單件的隔音板用螺栓分別固定在油箱加強(qiáng)鐵上，采用這種隔音板可降低噪聲10-15db。也可采用高效隔音板，放在兩個(gè)加強(qiáng)鐵之間，通過(guò)薄彈簧鋼板固定。框形附加重物用以調(diào)整高效隔音板的振動(dòng)特性，使它的振幅明顯低于加強(qiáng)鐵的振幅，從而有效地屏蔽住變壓器本體發(fā)出的噪聲，可降低噪聲l0-5db(a)。

4．4? 消聲法

??? 采用消聲法降低噪聲。即在變壓器lm以內(nèi)放置若干個(gè)噪聲發(fā)聲器，使它們發(fā)出的噪聲與變壓器發(fā)出的噪聲互相抵消。它的原理是首先把變壓器的噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后放大激勵(lì)噪聲發(fā)聲器，使各噪聲發(fā)出來(lái)的噪聲，振幅相等，相位相反，使變壓器噪聲受到破壞性干擾，可降低噪聲15db(a)左右。

4．5? 其它方法

??? (1)在設(shè)計(jì)低空載噪聲變壓器時(shí)，盡量采用自冷式，這樣可去除風(fēng)扇和油泵的噪聲的疊加。當(dāng)容量難以滿足需要時(shí)，為了滿足大容量變壓器的散熱，盡量選用低噪聲的潛油泵和低轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)扇的冷卻器。采用低速風(fēng)扇，能使自冷變壓器的容量提高33％，噪聲達(dá)到69db(a)。根據(jù)具體情況，也可采用雙速風(fēng)扇。在負(fù)荷較小時(shí)開動(dòng)低速風(fēng)扇，噪聲可相應(yīng)的降低；在負(fù)荷較大時(shí)開動(dòng)高速風(fēng)扇，能使自冷變壓器容量提高67％，但此時(shí)噪聲較大，達(dá)到75db(a)。

??? (2)在室內(nèi)布置變壓器時(shí)，應(yīng)考慮由噪聲在墻面反射時(shí)可能導(dǎo)致噪聲的增加。該增值是變壓器表面積與變壓器室表面積之比的函數(shù)，并與墻面和天花板的吸聲系數(shù)有關(guān)。采用礦渣棉或類似的材料對(duì)墻面涂覆處理，可增加吸聲系數(shù)，使噪聲明顯降低。

5? 結(jié)束語(yǔ)

???? 以上分析了變壓器空載噪聲產(chǎn)生的原因，概述了降低變壓器空載噪聲的方法，希望本文能對(duì)變壓器設(shè)計(jì)及工藝人員起到一定的借鑒作用。

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