低噪聲電力變壓器及其設計分析

丁駿龍

摘要：本文主要分為兩個部分，第一部分介紹低噪聲電力變壓器的基本概念，第二部分介紹低噪聲電力變壓器設計要點，主要從三個方面進行論述，分別是磁密選擇，計算鐵心自振頻率，降噪方法的應用，其中降噪方法又可分為三個方面，從而得出一定結論和數據，希望通過本文的分析，能夠給有關機構提供參考與借鑒。

關鍵詞：低噪聲;電力變壓器;變壓器設計

一、低噪聲電力變壓器概念

基于物理學的噪聲主要是指通過彈性介質無規律振動而產生的聲音。對于變壓器而言，其噪聲產生部件有鐵心、油箱及其外部組件、繞組等，這種噪聲具有連續性特點。以聲音頻率為根據，可以將其分為三種，包括低頻噪聲、中頻噪聲和高頻噪聲。通常情況下，對于相同振幅具有不同頻率的噪聲，正常人因為具有不同敏感度，使其更為敏感高頻噪聲。

影響變壓器本體噪聲大小的因素有很多，包括變壓器額定容量、內部構造、加工鐵心工藝、器身與鐵心間壓緊力等。

二、低噪聲電力變壓器設計要點

（一）選擇磁密

變壓器器中的重要技術參數之一是磁密，它對產品功能和經濟性都有重大影響，在設計產品過程中需要著重考量。通過實踐可知，磁密下降之后，噪聲也會相應減小，二者之間的間距越大，其效果越顯著。然而，當前各個生產廠家處于對成本壓力的考慮，不能借助低磁密將超低噪聲獲取到。測量多臺主變產品之后，能夠將噪聲不同情況下對磁密的要求得出來。通過對產品的空載電流、空載損耗、過勵磁能力及噪聲要求的綜合考慮可知，將適合的磁密選擇出來，有利于獲得良好經濟性能。

（二）鐵心自振頻率的計算

通過實驗可知，鐵心自振頻率與磁致伸縮振動基波頻率聯系緊密，當二者保持一致時，會有和諧共振現象發生于鐵心中，使變壓器噪聲增加。因此，實際設計產品產品過程中就要防止這個情況發生。這就需要應用一個計算公式，即Kc=0.15×（）+0.8，此公式中的d1是心柱，d2是鐵軛直徑，鐵心窗高用h表示，鐵心窗寬為b，Kc則為成比例系數。

針對50Hz電源系統而言，鐵心自振頻率只需要規避其基波頻率范圍即可，然而，實際設計過程中，還會存在其他降噪措施，可以選擇的鐵心直徑比較少，必然會增加產品成本。因此，在對常規產品進行設計時，就要將核心區域避開，從而使產品對降噪要求進行滿足。通過Kc的計算可知，使鐵心直徑增加、鐵心高度降低，將其創造成粗矮形狀，具有降低噪音功能，同時也能滿足經濟性要求。因此，選擇鐵心尺寸關系時，其經濟性與噪聲要求需保持一致。

（三）應用降噪方法

1、降噪方法在油箱上的應用

第一，鐵心在磁振伸縮下產生的振動使其傳遞到油箱上，然后以油箱噪聲振動傳遞方式擴散到四周，且具有均勻性。想要將油箱壁振動減小，就要使油箱剛度提升，使箱壁厚度與盒子數量適當增加，減小油箱振動幅度。但是因為油箱上有很多配件，不能無限度增加油箱厚度與盒子數量。

第二，將降噪材料添加到油箱四周的加強盒子中，不僅使油箱重量增加，使振幅減小，還能能使穿過油箱的主體噪聲中一部分噪音聲波被降噪材料吸收掉。基于強度需求，油箱加強盒必不可少，這就需要添加具有較低價格且易于獲取的材料滿足降低噪聲，節約成本需求。通過大量實驗可知，將河沙裝進加強盒可以不采用任何降噪措施，降噪效果也比較良好。

第三，如果產品有超低降噪要求，僅僅裝進河沙無法滿足要求，可以使油箱結構增加一層。外層油箱壁應用降噪材料，能夠增加油箱強度，將河沙裝進盒內后，夾層同樣可以裝河沙，或者將其他填充材料裝進去。通過對比可知，組合隔音氈與吸音棉后的降噪效果比較顯著，同時還具有較低成本，可以應用于超低降噪產品中。

聚氯乙烯是隔音氈主要材質，厚度為6mm，呈黑色，其中一面的無紡布可以為安裝提供方便，粘在箱壁上，供貨時是卷料，裁剪隨意。

吸音棉又叫做巖棉，主要材料是玄武巖，在高溫加熱后形成無機纖維板，有很多性能，如較好的隔熱、吸音、阻燃性，厚度為50mm，供貨形式為板料，裁剪隨意。

加工步驟：在方便箱外層貼好隔音氈，上面覆蓋吸音棉2-3張，略微壓縮，焊接好外層方便箱。

雙層方便箱結構具有明顯降噪成效，以不同噪聲需求為根據，將隔音吸音材料或則夾層河沙選擇出來，整體成本增加很少，然而，制作雙層油箱工藝比較復雜，隔音材料增加后，會降低箱壁散熱性能，同時增加冷卻器，增加成本。

2、降噪方法在鐵心上的應用

第一，保持心柱與軛片一樣的寬度，需要應用45度全斜五級或七級步進，使轉角處磁致伸縮下降。

第二，應用粗矮形狀鐵心，對鐵心的系數Kc進行科學選擇，將鐵心自振頻率核心區域規避開，防止產生諧振情況，導致升高噪聲。

第三，對刀片剪切時長進行規定，對硅鋼片剪毛刺長度有要求，必須在0.02mm以內，抽檢具有持續性;鐵心內的片不允許有折痕或起波紋。

第四，將整體鐵心剛度增加，利用PVC帶綁扎鐵心心柱，帶寬約19mm，采用雙層方式綁扎，間距80mm;將不銹鋼高強度拉帶應用于上下軛中，保持科學間距，均勻壓緊鐵軛與心柱，控制壓強，使其為0.1MPa;成臺樹立鐵心后，排除上鐵軛，所有端口截面均需涂抹H膠，保持100mm以上的滲透深度。

第五，將1-2張厚度為0.5mm的橡膠板增加到重疊的鐵心片之間;作用是可以緩沖振動，行業內已有應用，因為不能對比，所以實際效果不能用具體效率值衡量。

第六，因為有接縫氣隙存在于鐵心四角中，因此柱與軛之間具有較嚴重的振動，這就需要應用耐油膠紙或者紙板包裹嚴密，從而使四角振動噪聲減弱。

3、降噪方法應用于上下定位中

通過上下定位，鐵心會將振動傳遞給油箱，借助油箱繼續傳播到外面。這就需要將合適的上下定位結構選擇出來，使噪聲傳遞效率降低，在滿足定位強度需求基礎上，改變硬傳遞，使其成為軟傳遞。

結束語：

總而言之，有很多因素都會影響變壓噪聲，對于常規要求的低噪聲變壓器而言，設計時把握重點，就可以對其噪聲要求進行很好滿足。對于超低噪聲產品而言，需要從全局角度出發進行考慮，不僅把握重點，還要密切配合細節。當前用戶不斷提高的噪聲需求，使得現代技術不能進行滿足，還需要進一步探索新技術。

參考文獻

[1]俞尚群， 符建牛， 查銀芳. 電力變壓器噪聲分析與低噪聲設計要點[J]. 變壓器， 2019， 56（9）：117-118.

[2]符建牛， 查銀芳. 電力變壓器噪聲分析與低噪聲設計要點[C]// 中國電工技術學會. 中國電工技術學會， 2018.