一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法技术

一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，首先建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系，然后计算得到待评价变压器的铁芯尺寸关系比例系数，并将其代入到建立得到的对应关系中，确定待评价变压器声压级最小的铁芯接缝方式。本设计通过建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系，为后续变压器接缝方式的选择提供参考依据，在满足变压器性能要求的基础上将变压器噪声控制在最小范围内，更好地降低运行维护成本、延长变压器的使用寿命。延长变压器的使用寿命。延长变压器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法


[0001]本专利技术属于变压器设计
，具体涉及一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法。

技术介绍

[0002]近几年来，在住宅及公共场所越来越多地使用大型变压器，变压器的噪声问题越来越多地受到人们的关注，对大型变压器及中小型变压器的噪声影响提出了一定的要求，变压器抑噪已成为变压器制造业及相关行业亟需解决的问题。
[0003]在变压器额定工作的磁通密度为1.5
‑
1.8T范围内，干式变压器的噪声主要来源于硅钢片的磁致伸缩引起的铁芯振动。目前，针对铁芯结构减小噪声的研究主要集中在增加旁轭及改变铁芯尺寸上，对变压器接缝方式的研究仅仅局限于当增加斜接缝时会改善变压器的磁特性和降低噪声上，即增加斜接缝的铁芯会具有更好的磁性能，同时其结构特性也会发生改变，进而对变压器最终产生的噪声产生影响，但针对如何选择变压器铁芯接缝方式进而降低变压器的噪声影响，缺乏相关标准和评价方法，不能对变压器噪声进行有效控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种能够有效控制变压器噪声的考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法。
[0005]为实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，所述评价方法依次按照以下步骤进行：
[0007]S1、建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系；
[0008]S2、计算得到待评价变压器的铁芯尺寸关系比例系数，并将其代入到由步骤S1建立的对应关系中，确定待评价变压器声压级最小的铁芯接缝方式。
[0009]所述步骤S1依次按照以下步骤进行：
[0010]S11、根据变压器中铁芯的不同接缝方式建立得到多个变压器三维仿真模型，所述多个变压器三维仿真模型中的铁芯尺寸关系比例系数均设为K
P，C
；
[0011]S12、对多个变压器三维仿真模型分别进行电磁仿真计算；
[0012]S13、向由步骤S12得到的电磁仿真计算结果中加入固体力学分析；
[0013]S14、向由步骤S13得到的固体力学分析结果中加入声场分析；
[0014]S15、根据由步骤S14得到的声场分析结果选择具有最小声压级的变压器三维仿真模型，以该变压器三维仿真模型的铁芯接缝方式作为变压器铁芯尺寸关系比例系数为K
P，C
对应的具有最小声压级的铁芯接缝方式。
[0015]所述铁芯尺寸关系比例系数K
P，C
根据以下公式计算得到：
[0016][0017]上式中，d为铁芯芯柱和铁轭的直径，铁芯芯柱直径与铁轭直径相等，h为铁芯的窗口高度，b为铁芯的窗口宽度。
[0018]所述步骤S11具体为：在Comsol有限元仿真软件中按变压器铁芯的不同接缝方式对变压器进行建模，得到多个变压器三维仿真模型，其中，所述变压器的铁芯由多个硅钢片相层叠组成，所述铁芯的接缝间隙材料设置为空气，建模时忽略变压器的外壳、夹紧件。
[0019]步骤S12中，所述电磁仿真计算具体为：向多个变压器三维仿真模型分别加入所需电压，然后根据变压器铁芯在电磁场中的方程进行电磁仿真计算，以铁芯表面磁场旋度为0作为边界条件，求解得到变压器铁芯表面的磁场强度分布，其中，所述变压器铁芯在电磁场中的方程为：
[0020][0021]上式中，为哈密顿算子，μ为磁导率，A为磁位移矢量，J
e
为外部电流密度，σ为电导率，v1为铁芯内部带电粒子的速度；
[0022]所述铁芯表面磁场旋度为0的边界条件为：
[0023]n
×
H＝0
‑
[0024]上式中，n为铁芯表面的法向量，H为磁场强度。
[0025]步骤S13中，所述固体力学分析具体为：对变压器铁芯的底面进行固定约束，通过磁致伸缩使变压器铁芯表面的电磁场与固体力学进行双向耦合，根据以下方程计算得到变压器铁芯表面在交变电磁场中受到磁致伸缩力发生形变后的受力分布：
[0026][0027]上式中，[M]为质量矩阵、[C]为阻尼矩阵、[K]为刚度矩阵、{F(t)}为随时间变换的函数、为加速度矢量、为速度矢量、{u}为节点位移。
[0028]步骤S14中，所述声场分析具体为：先根据由步骤S13得到的铁芯表面受力分布得到铁芯表面振动速度，然后以铁芯表面振动速度作为铁芯周围空气振动速度，根据铁芯周围空气的振动速度与铁芯在空气中的声压强的动量方程、铁芯振动产生的声波在空气中的声学波动方程进行声场分析，以铁芯表面振动速度作为声场边界条件，求解得到变压器声压级分布，其中，所述铁芯表面质点振动速度与铁芯在空气中的声压强的动量方程为：
[0029][0030]上式中，v2为铁芯周围空气振动速度，ρ为空气密度；
[0031]所述铁芯振动产生的声波在空气中的声学波动方程为：
[0032][0033]上式中，p为铁芯在空气中的声压强，为拉普拉斯算子，c0为声波在空气中的传
播速度。
[0034]步骤S11中，所述铁芯尺寸关系比例系数K
P，C
为0.20
‑
0.45。
[0035]步骤S11中，所述接缝方式包括直接缝、半直半斜接缝、全斜接缝。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0037]本专利技术一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法中，首先建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系，然后计算得到待评价变压器的铁芯尺寸关系比例系数，并将其代入到建立得到的对应关系中，确定待评价变压器声压级最小的铁芯接缝方式，该设计通过建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系，为后续变压器接缝方式的选择提供参考依据，在满足变压器性能要求的基础上将变压器噪声控制在最小范围内，更好地降低运行维护成本、延长变压器的使用寿命。因此，本专利技术能在满足变压器性能要求的基础上，对变压器噪声进行有效控制。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的流程图。
[0039]图2为实施例的实验验证中所采用的实验电路图。
[0040]图3为实施例的实验验证中10个点位分布示意图。
[0041]图4为实施例的仿真验证中按直接缝建得的变压器三维仿真模型图。
[0042]图5为实施例的仿真验证中按半直半斜接缝建得的变压器三维仿真模型图。
[0043]图6为实施例的仿真验证中按全斜接缝建得的变压器三维仿真模型图。
[0044]图7为实施例的仿真验证中经仿真计算得到的不同接缝方式下铁芯表面磁场强度分布云图。
[0045]图8为实施例的仿真验证中经仿真计算得到的不同接缝方式下变压器受力分布云图。
[0046]图9为实施例的仿真验证中经仿真计算得到的不同接缝方式下变压器周围声压级分布云图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，其特征在于：所述评价方法依次按照以下步骤进行：S1、建立铁芯尺寸关系比例系数与声压级最小的铁芯接缝方式的对应关系；S2、计算得到待评价变压器的铁芯尺寸关系比例系数，并将其代入到由步骤S1建立的对应关系中，确定待评价变压器声压级最小的铁芯接缝方式。2.根据权利要求1所述的一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，其特征在于：所述步骤S1依次按照以下步骤进行：S11、根据变压器中铁芯的不同接缝方式建立得到多个变压器三维仿真模型，所述多个变压器三维仿真模型中的铁芯尺寸关系比例系数均设为K
P,C
；S12、对多个变压器三维仿真模型分别进行电磁仿真计算；S13、向由步骤S12得到的电磁仿真计算结果中加入固体力学分析；S14、向由步骤S13得到的固体力学分析结果中加入声场分析；S15、根据由步骤S14得到的声场分析结果选择具有最小声压级的变压器三维仿真模型，以该变压器三维仿真模型的铁芯接缝方式作为变压器铁芯尺寸关系比例系数为K
P,C
对应的具有最小声压级的铁芯接缝方式。3.根据权利要求2所述的一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，其特征在于：所述铁芯尺寸关系比例系数K
P,C
根据以下公式计算得到：上式中，d为铁芯芯柱和铁轭的直径，铁芯芯柱直径与铁轭直径相等，h为铁芯的窗口高度，b为铁芯的窗口宽度。4.根据权利要求2或3所述的一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，其特征在于：所述步骤S11具体为：在Comsol有限元仿真软件中按变压器铁芯的不同接缝方式对变压器进行建模，得到多个变压器三维仿真模型，其中，所述变压器的铁芯由多个硅钢片相层叠组成，所述铁芯的接缝间隙材料设置为空气，建模时忽略变压器的外壳、夹紧件。5.根据权利要求4所述的一种考虑噪声影响的变压器铁芯接缝方式的评价方法，其特征在于：步骤S12中，所述电磁仿真计算具体为：向多个变压器三维仿真模型分别加入所需电压，然后根据变压器铁芯在电磁场中的方程进行电磁仿真计算，以铁芯表面磁场旋度为0作为边界条件，求解得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇娇，朱瑞强，黄雄峰，陈志伟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：