疊片鐵心橫向各向同性模型及其在低噪聲變壓器設計中的應用

電力變壓器的振動和噪聲主要來自于鐵心、繞組和運行中的風機、油泵等冷卻裝置，其中鐵心的振動是最重要的來源之一。變壓器鐵心的振動來自于晶粒取向硅鋼在周期性變化的磁場中的磁致伸縮和層合層之間的引力，鐵心的固有頻率對其振動特性有重要的影響。

當鐵心的固有頻率接近工頻的偶數倍時，噪聲水平可以被放大。劉華東等研究人員通過本文對硅鋼片進行了振動試驗，得到了疊加硅鋼片固有頻率的變化規律，提出了一種建立疊加鐵心橫向各向同性模型的等效方法，并分析了結構因素對固有頻率的影響

單片硅鋼片的振動特性

在單片硅鋼模態試驗中，硅鋼板的低階振動模式主要表現為水平方向的彎曲。當水平方向的彎曲變形較大時，垂直方向的彎曲會反映為扭轉。隨著階數的增加，硅鋼鋼板的整體變形變得更加嚴重。

由于結構中部存在三角形間隙，出現扭轉現象，振動更強烈。表一為模擬數據與實驗數據的比較，硅鋼板的前兩階振動模與懸臂梁結構基本相同，三階振動模的峰谷數與理論一致。





硅鋼分層振動特性

在硅鋼層的間隙沒有變壓器油，間隙充滿變壓器油的情況下，分別進行硅鋼層的模態特性試驗。在沒有變壓器油的情況下，隨著層疊數的增加，模態頻率隨層數的數量近似線性增加。

注入變壓器油后，變壓器油的耦合作用會給鐵心層帶來額外的質量。二階和三階模態頻率均有一定程度的減小趨勢。


此外在模擬中還發現，模態頻率與硅片厚度成正比，但在實際試驗中，硅片整體變成堆疊硅片。層間存在摩擦，平面外方向的剛度大大降低。變壓器油在增加質量的同時，降低了夾層之間的動態摩擦系數。

結論：

(1)隨著心層數的增加，模態頻率近似呈線性增加。變壓器油后，模態頻率略有下降。

(2)疊加鐵心橫向各向同性模型的等效方法可以準確地計算出鐵心的固有頻率和模態形狀。

(3)磁軛的長度、磁心柱的高度和磁芯的厚度都會影響到變壓器磁心的自然振動特性。這三者的增加將導致固有頻率的降低。