电力变压器的振动和噪声主要来自于铁心、绕组和运行中的风机、油泵等冷却装置,其中铁心的振动是最重要的来源之一。变压器铁心的振动来自于晶粒取向硅钢在周期性变化的磁场中的磁致伸缩和层合层之间的引力,铁心的固有频率对其振动特性有重要的影响。
当铁心的固有频率接近工频的偶数倍时,噪声水平可以被放大。刘华东等研究人员通过本文对硅钢片进行了振动试验,得到了叠加硅钢片固有频率的变化规律,提出了一种建立叠加铁心横向各向同性模型的等效方法,并分析了结构因素对固有频率的影响
单片硅钢片的振动特性
在单片硅钢模态试验中,硅钢板的低阶振动模式主要表现为水平方向的弯曲。当水平方向的弯曲变形较大时,垂直方向的弯曲会反映为扭转。随着阶数的增加,硅钢钢板的整体变形变得更加严重。
由于结构中部存在三角形间隙,出现扭转现象,振动更强烈。表一为模拟数据与实验数据的比较,硅钢板的前两阶振动模与悬臂梁结构基本相同,三阶振动模的峰谷数与理论一致。
硅钢分层振动特性
在硅钢层的间隙没有变压器油,间隙充满变压器油的情况下,分别进行硅钢层的模态特性试验。在没有变压器油的情况下,随着层叠数的增加,模态频率随层数的数量近似线性增加。
注入变压器油后,变压器油的耦合作用会给铁心层带来额外的质量。二阶和三阶模态频率均有一定程度的减小趋势。
此外在模拟中还发现,模态频率与硅片厚度成正比,但在实际试验中,硅片整体变成堆叠硅片。层间存在摩擦,平面外方向的刚度大大降低。变压器油在增加质量的同时,降低了夹层之间的动态摩擦系数。
结论:
(1)随着心层数的增加,模态频率近似呈线性增加。变压器油后,模态频率略有下降。
(2)叠加铁心横向各向同性模型的等效方法可以准确地计算出铁心的固有频率和模态形状。
(3)磁轭的长度、磁心柱的高度和磁芯的厚度都会影响到变压器磁心的自然振动特性。这三者的增加将导致固有频率的降低。