Page 159 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 陆昕等： 干式变压器有限元仿真模型的电磁和振动分析 645

Tatal deformation 动信号的频率主要集中在400 Hz以内，400 Hz之外
Type: taotal deformation
Frequency: 550.0 Hz
Sweeping phase:0°
Unit: m 的频率处振动幅值几乎为零。变压器的振动主要集
2016/1/21 14:03
3.9711×10 −5 Max 中在 10 Hz 处，50 Hz、100 Hz、150 Hz 等工频倍频
3.5299×10 −5
3.0886×10 −5
2.6474×10 −5 处也有分布。非工频倍频处谐波的振动幅值远小于
2.2062×10 −5
1.7649×10 −5
1.3237×10 −5
8.8247×10 −6 10 Hz 处的振动幅值。因此研究干式变压器的减振
4.4123×10 −6
0 Min
降噪时可以根据以上规律进行研究。
y
x
z
0 0.250 0.500 0.750 1.000 m
(a) f=550 Hz 参 考 文 献
Tatal deformation [1] 张凡, 汲胜昌, 师愉航, 等. 电力变压器绕组振动及传播特性
Type: taotal deformation
Frequency: 750.0 Hz 研究 [J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(9): 2790–2798, 2849.
Sweeping phase:0°
Unit: m
2016/1/21 14:04 Zhang Fan, Ji Shengchang, Shi Yuhang, et al. Study on
1.3250×10 −6 Max vibration and propagation characteristics of power trans-
1.1778×10 −6
1.0306×10 −6
8.8333×10 −7 former windings[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(9):
7.3611×10 −7
5.8889×10 −7 2790–2798, 2849.
4.4167×10 −7
2.9444×10 −7
1.4722×10 −7 [2] 胡静竹, 刘涤尘, 廖清芬, 等. 基于有限元法的变压器电磁振
0 Min
y 动噪声分析 [J]. 电工技术学报, 2016, 31(15): 81–88.
x
z Hu Jingzhu, Liu Dichen, Liao Qingfen, et al. Analysis of
0 0.250 0.500 0.750 1.000 m
electromagnetic vibration and noise of transformer based
(b) f=750 Hz
on finite element method[J]. Transactions of China Elec-
图 14 高次谐波下的谐响应应变云图 trotechnical Society, 2016, 31(15): 81–88.
Fig. 14 The strain contours corresponding to har- [3] Moses A. Measurement of magnetostriction and vibration
with regard to transformer noise[J]. IEEE Transactions on
monic response analysis of higher harmonic
Magnetics, 1974, 10(2): 154–156.
当然，像图 14 这样的仿真结果可能与实际有 [4] Wang J, Gao C, Duan X, et al. Multi-field coupling sim-
ulation and experimental study on transformer vibration
出入，因为现实中在任何情况下都是变压器作为一 caused by DC bias[J]. Journal of Electrical Engineering &
个整体进行振动，而不是变压器的某个边缘单元独 Technology, 2015, 10(1): 176–187
[5] Escarela-Perez R, Kulkarni S V, Melgoza E. Multi-port
自振动。但是在 750 Hz 情况下的振动强度明显高
network and 3D finite-element models for accurate trans-
于 250 Hz 以内的部分频率下的振动强度。而小于 former calculations: single-phase load-loss test[J]. Electric
250 Hz 是变压器绕组与铁芯振动的主要频段 [1,10] 。 Power Systems Research, 2008, 78: 1941–1945.
[6] 王素文, 张松光, 王淑萍, 等. 虚拟声屏障在变压器低频降噪
这表明，变压器整体作为一个系统，除了受到外界的
中的实验研究 [J]. 应用声学, 2015, 34(6): 487–494.
受迫振动之外，其振动特性还会与自身的结构属性 Wang Suwen, Zhang Songguang, Wang Shuping, et al.
有关。 Experimental study of virtual sound barrier in low fre-
quency noise reduction of transformer[J]. Journal of Ap-
plied Acoustics, 2015, 34(6): 487–494.
4 结论
[7] 张黎, 王国政, 董攀婷, 等. 基于磁致伸缩本征特性的晶粒取向
性变压器铁心振动模型 [J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(14):
本文依据干式变压器本体振动和噪声的产生 3990–4001.
机理，对干式变压器的振动本体进行有限元模型的 Zhang Li, Wang Guozheng, Dong Panting, et al. Vibra-
tion model of grain oriented transformer core based on
搭建与仿真，可以得到以下结论：
magnetostrictive intrinsic characteristics[J]. Proceedings
(1) 利用结构动力学分析变压器本体振动的有 of the CSEE, 2016, 36(14): 3990–4001.
关规律，对比模态分析和谐响应分析的振动云图，可 [8] 朱叶叶, 汲胜昌, 张凡, 等. 电力变压器振动产生机理及影响
因素研究 [J]. 西安交通大学学报, 2015, 49(6): 115–125.
以发现振动的传递从上往下是一个依次减弱的关
Zhu Yeye, Ji Shengchang, Zhang Fan, et al. Research on
系，变压器的线圈、铁芯以及上端排线位置的振动 vibration generation mechanism and influencing factors
较为明显，下端风机位及固定导轨的振动相对较小。 of power transformer[J]. Journal of Xi’an Jiaotong Uni-
versity, 2015, 49(6): 115–125.
(2) 通过对干式变压器振动数据分析，发现变
[9] 王佳音, 白保东, 刘宏亮, 等. 直流偏磁对变压器振动噪声的
压器的振动存有特征频率。由频域图可以看出，振 影响 [J]. 电工技术学报, 2015, 30(8): 56–61.