變壓器噪聲產(chǎn)生的原因及降低噪聲的辦法

1  前言

近幾年來，在住宅及公共場所已經(jīng)越來越多地使用大型變壓器，這就對大型變壓器及中小型變壓器的噪聲提出了一定的要求。變壓器的噪聲問題越來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)急需解決的問題。

2  變壓器噪聲產(chǎn)生的原因

變壓器所發(fā)出的可聽見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。過去，一直認(rèn)為磁場誘發(fā)鐵心疊片沿縱向振動所產(chǎn)生的噪聲是變壓器噪聲的主要成分。該振動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。

具體來說，變壓器噪聲共有三個聲源，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的作用下，會發(fā)生微小的變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率的變化做周期性振動。繞組產(chǎn)生振動的原因是電流在繞組中產(chǎn)生電磁力，漏磁場也能使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生振動。電磁力(和振動幅值)與電流的平方成正比，而發(fā)射的聲功率與振動幅值的平方成正比。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作用下，硅鋼片的尺寸會發(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周期，磁致伸縮引起的變壓器本體的振動，是以兩倍的電源頻率為基頻率的，所以硅鋼片的振動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強(qiáng)度有關(guān)，磁場越強(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)，因為涂層對硅鋼片有附著力，可防止硅鋼片變形。在同樣磁場強(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，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)計低噪聲變壓器時，還要考慮鐵心的自振頻率。當(dāng)變壓器的額定頻率為50hz時，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都相應(yīng)增加，從成本上來說是不經(jīng)濟(jì)的。因此，降低磁密，不能超過標(biāo)準(zhǔn)磁密的10％。

    (3)改善和縮小鐵心接縫。鐵心采用多級接縫。采用多級接縫鐵心比兩級接縫空載噪聲小，可使噪聲降低4-5db(a)。這是因為采用多級(四級及以上)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，同時減小變壓器的勵磁容量及勵磁電流，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)過程中受到的機(jī)械撞擊，否則會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。