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低噪声电力变压器及其设计分析

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丁骏龙

摘要：本文主要分为两个部分，第一部分介绍低噪声电力变压器的基本概念，第二部分介绍低噪声电力变压器设计要点，主要从三个方面进行论述，分别是磁密选择，计算铁心自振频率，降噪方法的应用，其中降噪方法又可分为三个方面，从而得出一定结论和数据，希望通过本文的分析，能够给有关机构提供参考与借鉴。

关键词：低噪声;电力变压器;变压器设计

一、低噪声电力变压器概念

基于物理学的噪声主要是指通过弹性介质无规律振动而产生的声音。对于变压器而言，其噪声产生部件有铁心、油箱及其外部组件、绕组等，这种噪声具有连续性特点。以声音频率为根据，可以将其分为三种，包括低频噪声、中频噪声和高频噪声。通常情况下，对于相同振幅具有不同频率的噪声，正常人因为具有不同敏感度，使其更为敏感高频噪声。

影响变压器本体噪声大小的因素有很多，包括变压器额定容量、内部构造、加工铁心工艺、器身与铁心间压紧力等。

二、低噪声电力变压器设计要点

（一）选择磁密

变压器器中的重要技术参数之一是磁密，它对产品功能和经济性都有重大影响，在设计产品过程中需要着重考量。通过实践可知，磁密下降之后，噪声也会相应减小，二者之间的间距越大，其效果越显著。然而，当前各个生产厂家处于对成本压力的考虑，不能借助低磁密将超低噪声获取到。测量多台主变产品之后，能够将噪声不同情况下对磁密的要求得出来。通过对产品的空载电流、空载损耗、过励磁能力及噪声要求的综合考虑可知，将适合的磁密选择出来，有利于获得良好经济性能。

（二）铁心自振频率的计算

通过实验可知，铁心自振频率与磁致伸缩振动基波频率联系紧密，当二者保持一致时，会有和谐共振现象发生于铁心中，使变压器噪声增加。因此，实际设计产品产品过程中就要防止这个情况发生。这就需要应用一个计算公式，即Kc=0.15×（）+0.8，此公式中的d1是心柱，d2是铁轭直径，铁心窗高用h表示，铁心窗宽为b，Kc则为成比例系数。

针对50Hz电源系统而言，铁心自振频率只需要规避其基波频率范围即可，然而，实际设计过程中，还会存在其他降噪措施，可以选择的铁心直径比较少，必然会增加产品成本。因此，在对常规产品进行设计时，就要将核心区域避开，从而使产品对降噪要求进行满足。通过Kc的计算可知，使铁心直径增加、铁心高度降低，将其创造成粗矮形状，具有降低噪音功能，同时也能满足经济性要求。因此，选择铁心尺寸关系时，其经济性与噪声要求需保持一致。

（三）应用降噪方法

1、降噪方法在油箱上的应用

第一，铁心在磁振伸缩下产生的振动使其传递到油箱上，然后以油箱噪声振动传递方式扩散到四周，且具有均匀性。想要将油箱壁振动减小，就要使油箱刚度提升，使箱壁厚度与盒子数量适当增加，减小油箱振动幅度。但是因为油箱上有很多配件，不能无限度增加油箱厚度与盒子数量。

第二，将降噪材料添加到油箱四周的加强盒子中，不仅使油箱重量增加，使振幅减小，还能能使穿过油箱的主体噪声中一部分噪音声波被降噪材料吸收掉。基于强度需求，油箱加强盒必不可少，这就需要添加具有较低价格且易于获取的材料满足降低噪声，节约成本需求。通过大量实验可知，将河沙装进加强盒可以不采用任何降噪措施，降噪效果也比较良好。

第三，如果产品有超低降噪要求，仅仅装进河沙无法满足要求，可以使油箱结构增加一层。外层油箱壁应用降噪材料，能够增加油箱强度，将河沙装进盒内后，夹层同样可以装河沙，或者将其他填充材料装进去。通过对比可知，组合隔音毡与吸音棉后的降噪效果比较显著，同时还具有较低成本，可以应用于超低降噪产品中。

聚氯乙烯是隔音毡主要材质，厚度为6mm，呈黑色，其中一面的无纺布可以为安装提供方便，粘在箱壁上，供货时是卷料，裁剪随意。

吸音棉又叫做岩棉，主要材料是玄武岩，在高温加热后形成无机纤维板，有很多性能，如较好的隔热、吸音、阻燃性，厚度为50mm，供货形式为板料，裁剪随意。

加工步骤：在方便箱外层贴好隔音毡，上面覆盖吸音棉2-3张，略微压缩，焊接好外层方便箱。

双层方便箱结构具有明显降噪成效，以不同噪声需求为根据，将隔音吸音材料或则夹层河沙选择出来，整体成本增加很少，然而，制作双层油箱工艺比较复杂，隔音材料增加后，会降低箱壁散热性能，同时增加冷却器，增加成本。

2、降噪方法在铁心上的应用

第一，保持心柱与轭片一样的宽度，需要应用45度全斜五级或七级步进，使转角处磁致伸缩下降。

第二，应用粗矮形状铁心，对铁心的系数Kc进行科学选择，将铁心自振频率核心区域规避开，防止产生谐振情况，导致升高噪声。

第三，对刀片剪切时长进行规定，对硅钢片剪毛刺长度有要求，必须在0.02mm以内，抽检具有持续性;铁心内的片不允许有折痕或起波纹。

第四，将整体铁心刚度增加，利用PVC带绑扎铁心心柱，带宽約19mm，采用双层方式绑扎，间距80m