电力变压器铁心叠层结构振动特性研究

摘要

电力变压器是变电站重要的设备之一，其噪声水平的高低，已成为衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标。传统噪声控制方法，成本昂贵，不利于装备的散热和维修，而从电磁所致的振动源和装备结构设计方面入手，解决电力装备噪声问题的报道却为数不多。因此，研究变压器铁心叠层结构的振动机理，从内部根源上降低设备振动和站内外噪声具有重要的意义。
　　本文以由外到内、由大到小的研究思路，从实际变电站存在的噪声问题入手，进而研究铁心叠层结构的振动机理，以期从结构优化、噪声声源上解决变压器振动、噪声辐射问题。本文主要内容可概括如下:
　　首先对实际运行的1000kV特高压变电站进行噪声环境评估，就如何提高厂界噪声的测试评估精度进行了探讨，分析了厂界声压测点的选取原则和实际运行中的特高压变电站的厂界噪声分布特性。进而分析了站内主噪声设备变压器的振动分布、空间辐射声场分布、声场衰减规律、以及变压器振动声辐射的影响因素等，并总结了声源特性。
　　在掌握实际变压器振动噪声分布规律后，回归到振源，变压器结构振动机理进行分析。由于变压器铁心是典型的叠层结构，为研究其振动机理，以硅钢片叠层棒为研究模型，分析叠层结构在不同叠层厚度、不同边界条件下的弯曲振动、轴向振动频率响应，以及叠层结构振动频率响应的关键影响因素和结构各向异性对振动建模的影响。通过实验及理论的推导，创新性的得出了硅钢片叠层棒弯曲振动等效刚度经验公式以及等效模态损失因子经验公式。
　　最后，对变压器铁心进行实验模态分析、电磁激发下的励磁电流特性及振动特性的研究，并分析不同特征点处振动随电压变化规律等。本文的研究工作可为低振动噪声变压器的设计提供理论依据。

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摘要

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附表清单

1 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变压器表面振动及辐射声场研究现状

1．2．2 铁心叠层结构振动特性研究现状

1．3 课题研究内容

2 特高压变电站厂界环境噪声评估

2．1 概述

2．2 噪声传播衰减分析

2．3 变电站环境噪声评测方案探讨

2．4 变电站厂界噪声评估实例分析

2．5 本章小结

3 特高压变压器表面振动、辐射声场特性分析

3．1 概述

3．2 电力变压器结构及工作原理

3．2．1 电力变压器结构

3．2．2 电力变压器工作原理

3．3 变压器表面振动分布特性

3．4 变压器空间辐射声场分布及其衰减规律

3．4．1 声场测试方案

3．4．2 空间辐射声场分布特性

3．5 变压器振动声辐射影响因素分析

3．5．1 冷却风扇、调压交对声辐射的影响

3．5．2 负载对声辐射的影响

3．6 本章小结

4 变压器铁心叠层结构模型振动机理分析

4．1 概述

4．2 实验设备与方法

4．3 单片硅钢片弯曲振动频率响应

4．3．1 梁振动频率响应分析

4．3．2 单片硅钢片弯曲振动频率响应结果分析

4．4 多片硅钢片叠层棒振动频率响应

4．4．1 叠层棒实验装置

4．4．2 叠层棒弯曲振动频率响应实验结果分析

4．5 叠层棒弯曲振动等效刚度与模态损失因子经验公式

4．5．1 弯曲振动等效刚度经验公式

4．5．2 模态损失因子经验公式

4．6 经验公式影响因素分析

4．6．1 实验装置描述

4．6．2 内部粘合约束对振动频率响应的影响分析

4．6．3 压紧力对振动频率响应的影响

4．6．4 边缘约束对振动频率响应的影响

4．7 各向异性振动机理分析

4．7．1 实验装置描述

4．7．2 In-planet弯曲振动分析

4．7．3 纵向振动分析

4．8 本章小结

5 变压器铁心振动测试分析与探讨

5．1 概述

5．2 实验模态分析理论

5．2．1 结构振动模态分析基本原理

5．2．2 模态阻尼测算原理

5．3 变压器铁心模态实验方案

5．3．1 实验装置

5．3．2 实验方法与测点布置

5．4 变压器铁心振动模态分析

5．4．1 铁心频率响应分析

5．4．2 模态振型测绘及共振频率确认

5．4．3 模态阻尼系数识别

5．5 电磁激发铁心振动试验分析

5．5．1 铁心谐波激发机理分析

5．5．2 电磁激发铁心振动测量分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

研究成果