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度有關(guān)，磁場越強，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。