目前，抑制变压器振动噪声主要有两种方法：一是对主要部件和结构进行降噪；二是在振动噪声传播路径上的隔断吸收装置中进行降噪。其中，最根本的方法是从结构上直接抑制振动。改进变压器的固定方法是众多降噪方法中一种经济可行的措施。然而，目前对于不同谐波条件下固定方法的具体作用机制仍不清楚。为此山东大学孙有良等研究人员为单相变压器设计了振动和噪声测试实验，考虑了不同谐波激励，并定量比较和研究了三种不同类型的固定方法：偏心圆固定、浇注固定和压紧固定。研究了谐波分量对单相变压器振动特性的影响，并提取分析了不同固定方法下的振动和噪声分布特性，得出了固定方法对可听噪声的定量影响机制。
固定式结构及实验设计
研究人员设计了针对单相变压器的固定结构，并搭建了实验平台，以研究不同固定方法对变压器振动特性的影响。实验中采用了三种固定方法：钉固定（固定方法1）、浇注固定（固定方法2）和偏心圆固定（固定方法3）。这些方法通过不同的结构设计，分别利用螺栓、环氧树脂和偏心圆结构来实现铁心与变压器油箱的固定。
实验平台搭建在隔音实验室中，测量点分布在变压器轮廓线上，间距不超过1米。振动测量采用ADLINK USB-2405动态信号采集模块，搭配压电加速度传感器，将振动信号转换为可测量的电压信号。噪声测量则通过声学成像仪完成，该设备利用阵列麦克风和信号处理算法生成声压级的空间分布。实验分为空载和负载两种工况。空载测试中，变压器一次绕组施加不同倍数的额定电压（0.9、0.95、1.0、1.05倍），同时施加不同组合的谐波电压（如50 Hz + 150 Hz、50 Hz + 150 Hz + 250 Hz等）。负载测试中，一次绕组短路，二次绕组施加电压，阻抗电压为2%，并施加多频谐波电压（如50 Hz + 250 Hz、50 Hz + 350 Hz等）。实验结果显示，不同固定方法对变压器的振动和噪声特性有显著影响，其中浇注固定方法在空载条件下表现最佳，偏心圆固定方法在负载条件下具有较好的振动抑制效果。
表1：空载多频试验方案
表2：负载多频试验方案
谐波成分对单相变压器振动特性的影响实验研究了不同谐波成分对单相变压器振动特性的影响。结果表明，变压器的振动加速度幅值与注入的谐波电压和电流呈正相关。在基波运行环境中加入谐波后，振动幅值随谐波含量增加而增大，频谱变得更加密集，但模式不够清晰。频谱分析显示，三次、五次和七次谐波分别影响了300 Hz、500 Hz和700 Hz处的振动特性分布比例，并显著提高了基波频谱的幅值。这是因为谐波不仅改变了铁心和绕组的自然振动频率，还引发了部件之间的共振，导致振动幅值整体增加。当基波与这些谐波共同作用时，这种现象更为明显。实验中，随着三次、五次和七次谐波的含量和幅值降低，叠加在基波上的振动加速度幅值也依次降低。主振动频率主要集中在0–500 Hz范围内。在空载测试中，叠加三次、五次和七次谐波电压时，振动加速度幅值最大，主频率显著增加至0–1500 Hz；而在负载测试中，叠加五次和七次谐波电流时，振动加速度幅值最大，但主频率变化不明显。离散傅里叶变换分析表明，在空载基波条件下，振动加速度谱主要集中在500 Hz以下的低频段。加入谐波后，频谱范围扩大，高频分量显著增加，特别是在变压器的高阶固有频率下，振动强度大幅增强。
图2：不同谐波分量下的振动特性分布(a)空载时域；(b)空载频域；(c)负载时域；(d)负载频域
固定方法对单相变压器振动特性的影响实验研究了不同固定方法对单相变压器振动和噪声特性的影响。在空载条件下，浇注固定方法（固定方法2）表现最佳，振动加速度幅值最低，主要归因于其对铁心轴向磁致伸缩振动的有效抑制以及环氧材料的缓冲作用。其振动频谱主要集中在1000 Hz以内，且低频谐波含量最少，振动幅值较固定方法1降低了约10%。在负载条件下，偏心圆固定方法（固定方法3）表现最优，振动加速度幅值较低，且频谱分布清晰，共振效应得到显著降低。其独特的径向固定设计可有效抑制绕组振动。
图3：空载条件下与不同固定结构下单相变压器表面的振动特性分布在噪声测试中，浇注固定方法在空载条件下可降低约2.3分贝的噪声，偏心圆固定方法在负载条件下可降低约3.3分贝的噪声。尽管固定方法的降噪效果（2–3分贝）不如优化铁心和绕组结构（5分贝），但由于其设计和制造成本低，且不涉及电气安全问题，仍具有显著的工业应用价值。综合来看，优化固定方法是抑制单相变压器振动和噪声的经济高效选择。
图4：不同固定方法在空载条件下的声压时频域分布（时域和频域）
结论1.
谐波频率对单相变压器振动的影响：在负载运行时，振动幅度的大小顺序为：基波+5次谐波>基波+3次谐波>基波+7次谐波；在空载运行时，振动幅度的大小顺序为：基波+3次谐波>基波+5次谐波>基波+7次谐波。2.在空载多频条件下，振动幅度的大小顺序为：固定方法1 >固定方法3 >固定方法2。3.在多频负载条件下，振动幅度的大小顺序为：固定方法1 > 固定方法2 > 固定方法3。4.浇注式固定钉结构可以将振动幅度降低约10%，并将噪声降低约2.5分贝。因此，在工业化单相变压器的降噪设计中，可以根据重要性选择不同的固定方法：如果重点是降低绕组噪声，应使用偏心圆固定钉进行固定；如果重点是降低铁心噪声，应使用浇注型固定钉结构进行固定；如果没有特定的降噪区域，则建议使用浇注型固定钉进行固定。上述结论适用于单相变压器固定方法的振动和噪声特性优化。
来源：《Impact of different fixing methods on the Vibration Characteristics of Single-Phase Transformers》
