变压器铁心噪声的产生及降低噪声的措施

金　晶（天威保变（合肥）变压器有限公司工艺部,合肥　230041）

变压器铁心噪声的产生及降低噪声的措施

金晶
（天威保变（合肥）变压器有限公司工艺部,合肥230041）

铁心硅钢片的磁滞伸缩是变压器本体噪声产生的根源，也就是说变压器铁心的噪声也基本上是由硅钢片的磁滞伸缩引起的。另外，铁心的结构和几何尺寸，铁心加工制造的工艺灯都对其噪声水平有着一定程度的影响。

变压器；铁心；噪声

随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种公害作为一种社会问题已经越来越引起人们的重视。城区的不断扩大以及电网改造的需要，某些变压器要求安装在靠近居民区或直接设在居民区内，为保证良好的居住环境，变压器的噪声问题作为一种社会公害页已经引起各使用单位和制造厂的普遍关注。

试验和研究表明，变压器本体振动的主要源于以下几个方面：

（1）由于硅钢片在铁心励磁时的磁滞伸缩现象而引起的铁心振动。磁滞伸缩是指铁心励磁时，在垂直于磁感线方向硅钢片的尺寸缩小，而在沿磁感线方向硅钢片的尺寸增加，这种硅钢片的尺寸变化称为磁滞伸缩。

（2）绕组中通过负载电流时，绕组间、线饼间、导线间产生的动态电磁力引起绕组振动。

（3）漏磁引起油箱壁以及大型电力变压器的磁屏蔽的振动。

（4）由于漏磁，在硅钢片接缝处和叠片之间会产生电磁力，从而导致铁心的振动。

因此，可以认为，变压器本体的振动完全取决于铁心的振动。

1　影响铁心产生噪声的因素

1.1硅钢片的磁滞伸缩对噪声的影响

铁心在励磁时，硅钢片的磁滞伸缩导致铁心产生噪声或者更进一步说是造成变压器本体噪声的最主要也是最直接的根源。因此，加强对磁滞伸缩的激励及磁滞伸缩有关的各种因素的研究，以便采取有效的技术措施，使硅钢片的磁滞伸缩得到控制和减小，是控制、降低变压器铁心及本体噪声的最可靠也最有效的方法。

1.2铁心结构及几何尺寸对噪声的影响。

铁心结构形式，外形尺寸，重量，转交部位的接缝形式，心柱和铁轭的相对搭接面积等都与铁心的噪声水平有着密切而复杂的关系。

1.3铁心装配工艺对噪声的影响

铁心在交变磁场下会产生两种形式的振动，磁滞伸缩振动和磁动态振动。第一种形式的振动是由电工硅钢片的机械性能决定的。第二种形式的振动是由接缝附近的曾与曾之间的硅钢片相互作用而引起的。这两种振动形式之间的数量关系取决于硅钢片的夹紧程度。铁心的噪声水平随铁心所受夹紧力的增大而升高；随铁心所受拉伸力的增大而降低。铁心的夹紧力在某一最佳值时，铁心的噪声水平最低。

1.4谐振对铁心噪声的影响

变压器铁心是一个多自由度的机械振动系统，该系统的固有振动频率多种多样，当铁心磁滞伸缩振动的基频和二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率的值相接近时，铁心便会产生谐振现象，从而影响到铁心的噪声，使铁心的噪声大幅度增高。

2　降低铁心噪声的技术措施

通常情况下，变压器本体的振动完全取决于铁心的振动。因此要降低变压器本体的噪声水平，首先必须采取一些必要的措施来控制铁心的噪声水平。

（1）使用磁滞伸缩率小的优质硅钢片。如果在硅钢片表面施加张力，则铁心、磁滞伸缩减少；如果加以压应力，则铁损、磁滞伸缩增加。超取向高导磁硅钢片是在硅钢片上由表层绝缘膜施加初始张力，因此它的磁滞伸缩较小。研究与试验表明，，在工作磁密相同的前提下，相较于一般的晶粒取向冷轧硅钢片，若采用磁滞伸缩率小的超取向高导磁硅钢片（如Hi-B硅钢片），铁心噪声可降低2-3dB，若采用磁畴细化的硅钢片（如ZDKH硅钢片），铁心的噪声可降低2-8dB。若在实际应用中，能够使用硅含量为6.5%的硅钢片，那么铁心的噪声将能更为明显的降低。

（2）降低铁心中的磁通密度。降低大型变压器铁心中磁通密度，可有效控制、降低铁心的发出的噪声。经过研究和试验发现，额定工作磁密B在1.4T至1.8T之间时，当磁密减少0.1T，铁心噪声即可降低2-3dB。

众所周知，在磁通保持不变的情况下，铁心截面与磁通密度成反比，当铁心截面增加时，相应的铁心重量、线圈重量也随之增加。因此，磁通密度虽然得到了降低，但变压器的成本却上升了。如果把噪声水平降低10dB，变压器成本将增加20%-30%，而且还会使噪声的发射表面积增大，变压器的声功率级增大。所以这种措施的采用是有一定限度的，要铁心噪声的大幅度下降，完全采用降低磁密的方式是不经济、不可取的。比如，德国只允许把磁密降到1.4T（对小型变压器允许降到1.0T），而日本三菱公司则严格规定，磁密降低程度最大只允许在10%左右。

（3）改进铁心结构。这对降低噪声是极为重要的，在对铁心的基本尺寸进行调整时，应注意使其尺寸关系的比例系数越小越好。研究和试验表明，低噪声变压器铁心在进行设计时，应尽量减小窗高H与心柱直径D1的比值，比值每降低10%，噪声将降低5.7dB。这就是说应该尽量将低噪声变压器设计成矮粗形，但这种情况成本会有所增加。为了降低铁心的噪声，ABB公司的经验是：每级的铁轭与心柱片宽之比与它们的截面积之比应该完全相等。这样可避免磁通由心柱进入铁轭时，产生垂直于硅钢片表面的漏磁通而引起噪声的增大。

冷轧硅钢片具有方向性，为了有效并充分利用这个特点，在片型和搭接设计时，需使用无孔铁心片结构，并且采用45度全斜接的接缝形式，以此降低铁芯片的磁滞伸缩率。研究和实践经验证实，在接缝结构方面，当设计为阶梯接缝时，在铁心转角处，磁通的分布得到改善，所以转角处的磁滞伸缩比搭接和对接时既小又均匀，大约可降低铁心噪声3%-4%。

（4）合理设计铁心的尺寸，以免造成铁心谐振。在铁心设计过程中，选择合理的铁心尺寸，可以有效防止磁滞伸缩振动的基频及二、三次高频的频率与铁心的固有振动频率一致，从而避免了谐振现象的发生。一般而言，只要铁心的固有频率小于磁滞伸缩基本频率的三分之一，即小于30HZ就可以了。

（5）采用先进的生产制造工艺。采用先进的生产制造工艺，尽可能减少在剪切硅钢片、叠积铁心等制造过程中，外界的因素对磁滞伸缩特性的不良影响。在剪切和叠积时，若不加注意，产生弯曲应力，硅钢片的磁滞伸缩率会增大。叠积完成后，绑扎带的绑扎位置和夹紧力应适当，绑扎间隔不宜过大，绑扎带要有足够的夹紧力，并且夹紧力应尽量均匀，保持叠片平直，避免叠片产生波浪状变形。铁心在起立及吊运的过程中应避免猛烈撞击，以防产生弯曲应力。铁心在叠积完成后，可采用在刀口面涂刷环氧树脂的方法，通过树脂的毛细渗入，使铁芯片间较好地粘接在一起，降低硅钢片的磁滞伸缩率。这些措施能使铁心的噪声降低1-3dB。

金晶（1989—），女，安徽合肥人，本科，助理工程师，从事工作：变压器制造工艺。