变压器类铁心材料磁特性测量及电磁振动噪声分析

摘要

变压器、电抗器等电力装备在电力系统输变电以及日常生产生活中广泛应用，随着硅钢材料特性的提升和电工装备生产制造工艺的改进，铁心类电力设备运行时的振动噪声有所降低，但随着人们对居住生活环境要求的逐渐提高，产品运行时的振动噪声仍是决定其生产投运以及市场份额的重要因素，特别是近年来电抗器的研制开发，其振动噪声成为设计和运行的关键问题。本文从行业企业需求出发，实现对电力变压器类产品的电磁振动噪声分析，首先设计开发了铁心材料磁特性与振动的同步测量系统，在此基础上实现实验室级及产品级叠片铁心的磁场和振动计算分析与测量。概括来说，本文的研究内容主要如下: (1)对铁心材料进行磁特性以及振动大小的一体化测量系统进行了研究和开发，即符合国标的爱泼斯坦方圈磁特性测量方法和电工钢磁特性的测量方法为基础，搭建硅钢叠片铁心结构，对其进行励磁，同时获得磁特性测量参数信息和硅钢叠片的振动加速度等参数。测量系统可推广应用于工程实践，在铁心硅钢材料行业实际生产实践中快速而准确的测量其磁特性和振动情况，从而提高工程人员的工作效率。 (2)基于对硅钢材料的磁特性测量，对2kW单相变压器方圈进行磁场和振动力学的分析和振动的测量。首先对变压器方圈的铁心样品进行了磁特性的测量，详述了电磁场与其振动的耦合关系分析理论;实现了样机的电磁场与电磁振动的分析，在振动分析时充分考虑磁致伸缩特性;最后对铁心的振动进行了测量，通过计算分析与实验测量结果对比分析，改进计算方法，为计算分析研究成果应用于电力装备产品的电磁振动噪声分析奠定基础。 (3)应用前期研究基础，实现空心电抗器产品的电磁场分析、固体振动分析和周围声场分析。首先建立了产品级样机的三维分析模型，为计算产品的电磁振动噪声水平，从产品的振源即铁心和绕组线圈的电磁振动进行准确分析，在此基础上对其周围进行声场分析;为更接近产品实际工作状态，文中进一步考虑了油箱体和变压器油在振动和声场分布的作用，计算分析了考虑油箱体的振动噪声分布。这样，可直接获得油箱体的振动信息和产品周围声场分布，方便工程师直接进行产品计算和测量的对比分析。研究成果有利于工程师在设计阶段预估产品的噪声大小和优化设计。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1硅钢材料电磁特性测量研究现状

1．2．2变压器类电工装备电磁振动研究现状

1．3论文的主要研究内容

第二章硅钢片磁化特性和电磁振动一体化测量

2．1磁特性的测量方法和原理

2．1．1标准爱泼斯坦方圈法测量原理

2．1．2电磁感应强度与磁场强度的测量

2．2电磁振动原理和测量方法

2．3磁特性和振动一体化测量系统开发

2．3．1设计思路

2．3．2软件的硬件平台

2．3．3软件设计

2．4本章小结

第三章2kW单相方圈变压器电磁振动分析

3．1磁特性的测量

3．1．1硅钢片一维磁特性测量

3．1．2硅钢叠片铁心磁特性测量

3．1．3硅钢叠片三维磁特性测量

3．2磁-机械耦合分析理论基础

3．2．1电磁场和固体力学分析的基本理论

3．2．2电磁-振动耦合关系理论

3．3单相变压器样机电磁振动计算分析

3．3．1磁场计算结果

3．3．2电磁振动计算结果

3．4样机振动测量分析

3．5本章小结

第四章产品级空心电抗器电磁振动噪声分析

4．1空心电抗器几何模型的建立

4．1．1铁心模型

4．1．2线圈结构

4．2空心电抗器的电磁场分析

4．2．1绕组电磁力分析

4．2．2铁心磁场分析

4．2．3线圈铁心电磁场分析

4．3铁心线圈部件电磁振动分析

4．4铁心线圈周围声场分析

4．4．1半球形辐射声场

4．4．2矩形辐射声场

4．4．3加入油箱体声场分析

4．5本章小结

第五章总结与展望

5．1工作总结

5．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢