變壓器鐵心噪聲的產生及降低噪聲的措施

金　晶（天威保變（合肥）變壓器有限公司工藝部,合肥　230041）

變壓器鐵心噪聲的產生及降低噪聲的措施

金晶
（天威保變（合肥）變壓器有限公司工藝部,合肥230041）

鐵心硅鋼片的磁滯伸縮是變壓器本體噪聲產生的根源，也就是說變壓器鐵心的噪聲也基本上是由硅鋼片的磁滯伸縮引起的。另外，鐵心的結構和幾何尺寸，鐵心加工制造的工藝燈都對其噪聲水平有著一定程度的影響。

變壓器；鐵心；噪聲

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，各種公害作為一種社會問題已經越來越引起人們的重視。城區的不斷擴大以及電網改造的需要，某些變壓器要求安裝在靠近居民區或直接設在居民區內，為保證良好的居住環境，變壓器的噪聲問題作為一種社會公害頁已經引起各使用單位和制造廠的普遍關注。

試驗和研究表明，變壓器本體振動的主要源于以下幾個方面：

（1）由于硅鋼片在鐵心勵磁時的磁滯伸縮現象而引起的鐵心振動。磁滯伸縮是指鐵心勵磁時，在垂直于磁感線方向硅鋼片的尺寸縮小，而在沿磁感線方向硅鋼片的尺寸增加，這種硅鋼片的尺寸變化稱為磁滯伸縮。

（2）繞組中通過負載電流時，繞組間、線餅間、導線間產生的動態電磁力引起繞組振動。

（3）漏磁引起油箱壁以及大型電力變壓器的磁屏蔽的振動。

（4）由于漏磁，在硅鋼片接縫處和疊片之間會產生電磁力，從而導致鐵心的振動。

因此，可以認為，變壓器本體的振動完全取決于鐵心的振動。

1　影響鐵心產生噪聲的因素

1.1硅鋼片的磁滯伸縮對噪聲的影響

鐵心在勵磁時，硅鋼片的磁滯伸縮導致鐵心產生噪聲或者更進一步說是造成變壓器本體噪聲的最主要也是最直接的根源。因此，加強對磁滯伸縮的激勵及磁滯伸縮有關的各種因素的研究，以便采取有效的技術措施，使硅鋼片的磁滯伸縮得到控制和減小，是控制、降低變壓器鐵心及本體噪聲的最可靠也最有效的方法。

1.2鐵心結構及幾何尺寸對噪聲的影響。

鐵心結構形式，外形尺寸，重量，轉交部位的接縫形式，心柱和鐵軛的相對搭接面積等都與鐵心的噪聲水平有著密切而復雜的關系。

1.3鐵心裝配工藝對噪聲的影響

鐵心在交變磁場下會產生兩種形式的振動，磁滯伸縮振動和磁動態振動。第一種形式的振動是由電工硅鋼片的機械性能決定的。第二種形式的振動是由接縫附近的曾與曾之間的硅鋼片相互作用而引起的。這兩種振動形式之間的數量關系取決于硅鋼片的夾緊程度。鐵心的噪聲水平隨鐵心所受夾緊力的增大而升高；隨鐵心所受拉伸力的增大而降低。鐵心的夾緊力在某一最佳值時，鐵心的噪聲水平最低。

1.4諧振對鐵心噪聲的影響

變壓器鐵心是一個多自由度的機械振動系統，該系統的固有振動頻率多種多樣，當鐵心磁滯伸縮振動的基頻和二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動頻率的值相接近時，鐵心便會產生諧振現象，從而影響到鐵心的噪聲，使鐵心的噪聲大幅度增高。

2　降低鐵心噪聲的技術措施

通常情況下，變壓器本體的振動完全取決于鐵心的振動。因此要降低變壓器本體的噪聲水平，首先必須采取一些必要的措施來控制鐵心的噪聲水平。

（1）使用磁滯伸縮率小的優質硅鋼片。如果在硅鋼片表面施加張力，則鐵心、磁滯伸縮減少；如果加以壓應力，則鐵損、磁滯伸縮增加。超取向高導磁硅鋼片是在硅鋼片上由表層絕緣膜施加初始張力，因此它的磁滯伸縮較小。研究與試驗表明，，在工作磁密相同的前提下，相較于一般的晶粒取向冷軋硅鋼片，若采用磁滯伸縮率小的超取向高導磁硅鋼片（如Hi-B硅鋼片），鐵心噪聲可降低2-3dB，若采用磁疇細化的硅鋼片（如ZDKH硅鋼片），鐵心的噪聲可降低2-8dB。若在實際應用中，能夠使用硅含量為6.5%的硅鋼片，那么鐵心的噪聲將能更為明顯的降低。

（2）降低鐵心中的磁通密度。降低大型變壓器鐵心中磁通密度，可有效控制、降低鐵心的發出的噪聲。經過研究和試驗發現，額定工作磁密B在1.4T至1.8T之間時，當磁密減少0.1T，鐵心噪聲即可降低2-3dB。

眾所周知，在磁通保持不變的情況下，鐵心截面與磁通密度成反比，當鐵心截面增加時，相應的鐵心重量、線圈重量也隨之增加。因此，磁通密度雖然得到了降低，但變壓器的成本卻上升了。如果把噪聲水平降低10dB，變壓器成本將增加20%-30%，而且還會使噪聲的發射表面積增大，變壓器的聲功率級增大。所以這種措施的采用是有一定限度的，要鐵心噪聲的大幅度下降，完全采用降低磁密的方式是不經濟、不可取的。比如，德國只允許把磁密降到1.4T（對小型變壓器允許降到1.0T），而日本三菱公司則嚴格規定，磁密降低程度最大只允許在10%左右。

（3）改進鐵心結構。這對降低噪聲是極為重要的，在對鐵心的基本尺寸進行調整時，應注意使其尺寸關系的比例系數越小越好。研究和試驗表明，低噪聲變壓器鐵心在進行設計時，應盡量減小窗高H與心柱直徑D1的比值，比值每降低10%，噪聲將降低5.7dB。這就是說應該盡量將低噪聲變壓器設計成矮粗形，但這種情況成本會有所增加。為了降低鐵心的噪聲，ABB公司的經驗是：每級的鐵軛與心柱片寬之比與它們的截面積之比應該完全相等。這樣可避免磁通由心柱進入鐵軛時，產生垂直于硅鋼片表面的漏磁通而引起噪聲的增大。

冷軋硅鋼片具有方向性，為了有效并充分利用這個特點，在片型和搭接設計時，需使用無孔鐵心片結構，并且采用45度全斜接的接縫形式，以此降低鐵芯片的磁滯伸縮率。研究和實踐經驗證實，在接縫結構方面，當設計為階梯接縫時，在鐵心轉角處，磁通的分布得到改善，所以轉角處的磁滯伸縮比搭接和對接時既小又均勻，大約可降低鐵心噪聲3%-4%。

（4）合理設計鐵心的尺寸，以免造成鐵心諧振。在鐵心設計過程中，選擇合理的鐵心尺寸，可以有效防止磁滯伸縮振動的基頻及二、三次高頻的頻率與鐵心的固有振動頻率一致，從而避免了諧振現象的發生。一般而言，只要鐵心的固有頻率小于磁滯伸縮基本頻率的三分之一，即小于30HZ就可以了。

（5）采用先進的生產制造工藝。采用先進的生產制造工藝，盡可能減少在剪切硅鋼片、疊積鐵心等制造過程中，外界的因素對磁滯伸縮特性的不良影響。在剪切和疊積時，若不加注意，產生彎曲應力，硅鋼片的磁滯伸縮率會增大。疊積完成后，綁扎帶的綁扎位置和夾緊力應適當，綁扎間隔不宜過大，綁扎帶要有足夠的夾緊力，并且夾緊力應盡量均勻，保持疊片平直，避免疊片產生波浪狀變形。鐵心在起立及吊運的過程中應避免猛烈撞擊，以防產生彎曲應力。鐵心在疊積完成后，可采用在刀口面涂刷環氧樹脂的方法，通過樹脂的毛細滲入，使鐵芯片間較好地粘接在一起，降低硅鋼片的磁滯伸縮率。這些措施能使鐵心的噪聲降低1-3dB。

金晶（1989—），女，安徽合肥人，本科，助理工程師，從事工作：變壓器制造工藝。