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| 1 前言 近幾年來，在住宅及公共場所已經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注。如何降低變壓器噪聲已成為變壓器制造業急需解決的問題。 2 變壓器噪聲產生的原因 變壓器所發出的可聽見的噪聲是由鐵心的磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內的電磁力所引起的。過去，一直認為磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動所產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的磁性能有關，而與負載電流關系不大。 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、負載和冷卻系統引起的噪聲之和。鐵心產生噪聲的原因是構成鐵心的硅鋼片在交變磁場的作用下，會發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。繞組產生振動的原因是電流在繞組中產生電磁力，漏磁場也能使結構件產生振動。電磁力(和振動幅值)與電流的平方成正比，而發射的聲功率與振動幅值的平方成正比。因此，發射的聲功率與負載電流有很明顯的關系。 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有關。磁致伸縮率越大，則噪聲就越大。當磁場強度相同的情況下，材質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，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，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等有關外，還與接縫的情況有關。 3．2 影響空載噪聲的其它因素 (1)鐵心結構的影響。噪聲與心柱和鐵軛直徑、鐵心窗高、鐵心窗口寬度、鐵心質量有關。鐵心質量每降低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。當鐵心油箱的固有頻率與噪聲頻率接近時，將發生噪聲共振現象，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，在設計低噪聲變壓器時，還要考慮鐵心的自振頻率。當變壓器的額定頻率為50Hz時，鐵心的自振頻率應避開以下頻帶：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磁材料，如選30ZHl20硅鋼片可比選用其它材質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增加，從成本上來說是不經濟的。因此，降低磁密，不能超過標準磁密的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。 4．2 在吸收聲能減振方面 (1)鐵心產生的噪聲有一部分是通過箱底和基礎傳出去的。如果在器身和油箱之間或在油箱和基礎之間加緩沖器，能使聲音通過緩沖器衰減。可在鐵心墊腳處和磁屏蔽與箱壁之間放置防振膠墊，使鐵心和磁屏蔽的振動傳到油箱時，由鋼性連接變為彈性連接，從而達到減少振動，防止共振，降低噪聲的目的。可以降低噪聲1-2dB(A)。 (2)在油箱加強鐵內放隔聲材料，可以將油箱振動的能量吸收一部分，從而達到降低本體噪聲的目的，可以降低噪聲2-3dB(A)。 4．3 加隔音層降低噪聲 根據油箱結構，分為組合式與高效式兩種。組合式為：可根據油箱外部結構情況將隔音板做成若干件，鋼板內放吸音材料。吸音材料有：巖棉、玻璃纖維等。隔音壁能把變壓器本體發射的部分噪聲反射回去；而且當噪聲穿過隔聲壁時，也能被吸收一些，起到降低噪聲的作用。單件的隔音板用螺栓分別固定在油箱加強鐵上，采用這種隔音板可降低噪聲10-15dB。也可采用高效隔音板，放在兩個加強鐵之間，通過薄彈簧鋼板固定。框形附加重物用以調整高效隔音板的振動特性，使它的振幅明顯低于加強鐵的振幅，從而有效地屏蔽住變壓器本體發出的噪聲，可降低噪聲l0-5dB(A)。 4．4 消聲法 采用消聲法降低噪聲。即在變壓器lm以內放置若干個噪聲發聲器，使它們發出的噪聲與變壓器發出的噪聲互相抵消。它的原理是首先把變壓器的噪聲信號轉變為電信號，然后放大激勵噪聲發聲器，使各噪聲發出來的噪聲，振幅相等，相位相反，使變壓器噪聲受到破壞性干擾，可降低噪聲15dB(A)左右。 4．5 其它方法 (1)在設計低空載噪聲變壓器時，盡量采用自冷式，這樣可去除風扇和油泵的噪聲的疊加。當容量難以滿足需要時，為了滿足大容量變壓器的散熱，盡量選用低噪聲的潛油泵和低轉數風扇的冷卻器。采用低速風扇，能使自冷變壓器的容量提高33％，噪聲達到69dB(A)。根據具體情況，也可采用雙速風扇。在負荷較小時開動低速風扇，噪聲可相應的降低；在負荷較大時開動高速風扇，能使自冷變壓器容量提高67％，但此時噪聲較大，達到75dB(A)。 (2)在室內布置變壓器時，應考慮由噪聲在墻面反射時可能導致噪聲的增加。該增值是變壓器表面積與變壓器室表面積之比的函數，并與墻面和天花板的吸聲系數有關。采用礦渣棉或類似的材料對墻面涂覆處理，可增加吸聲系數，使噪聲明顯降低。 5 結束語 以上分析了變壓器空載噪聲產生的原因，概述了降低變壓器空載噪聲的方法，希望本文能對變壓器設計及工藝人員起到一定的借鑒作用。 |
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