一種低噪變壓器的設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低噪變壓器的設計方法，屬于變壓器檢測的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近代工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染也隨著產(chǎn)生，噪音污染是環(huán)境污染的一種，已經(jīng)成為對人類的一大危害。噪音污染、水污染、大氣污染被看成是全球三個主要環(huán)境問題。噪音是一類引起人煩躁、或音量過強而危害人體健康的聲音。噪音污染已成當代社會一大公害。近年來，噪聲訴訟案件不斷增加。尤其是隨著工業(yè)化的發(fā)展，城市噪音大幅度增加。變壓器作為城市供電系統(tǒng)的主要設備之一，降低城市噪音是變壓器生產(chǎn)廠家的首要任務也是變壓器行業(yè)競爭的一個新熱點。長期以來，噪音高是制約干式配電變壓器大面積推廣應用的一個重要因素，這一方面影響到變壓器周邊的居民生活質(zhì)量，另一方面也增加了變壓器運行時的損耗。盡管各干式配電變壓器制造企業(yè)從設計到加工各個環(huán)節(jié)都對噪音進行了嚴格控制，但是所生產(chǎn)的變壓器在實際的工作中仍然存在較大的噪聲，因此，在制造變壓器的同時對變壓器進行低噪聲設計是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種低噪變壓器的設計方法，利用一種新穎獨特的方式解決了變壓器在實際運行中存在較大噪聲的問題。
[0004]本發(fā)明是通過如下方案予以實現(xiàn)的:
[0005]—種低噪變壓器的設計方法，步驟如下:
[0006]步驟I，設計變壓器及其附屬配件的結(jié)構(gòu)，然后將該結(jié)構(gòu)代入到有限元軟件建立變壓力的有限元模型；
[0007]步驟2，變壓器的空腔模態(tài)測試:根據(jù)所建立的變壓器的有限元模型，計算變壓器空腔共鳴頻率；
[0008]步驟3，變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)測試:根據(jù)所建立的變壓器的有限元模型，采用掃頻法，即利用變頻器變壓器鐵芯上采集相關(guān)信號并進行分析，從而得到變壓器鐵芯的共振模態(tài)頻率值，然后利用敲擊法，通過對有限元模型中設定的節(jié)點施加一個脈沖信號，進而確定變壓器鐵芯的振型；
[0009]步驟4，根據(jù)步驟2和步驟3計算得出的結(jié)果，確定變壓器噪聲的分布情況以及噪聲諧波成分，判斷該噪聲諧波的含量是否正常，若正常進行振動測量，并對所得的測量值進行分析，判斷其測量值是否滿足噪音標準要求，若滿足即可生產(chǎn)變壓器樣機，否則重復步驟I到步驟3，對其所述有限元模型中薄弱環(huán)節(jié)進行修正；
[0010]步驟5，對生產(chǎn)的變壓器樣機進行實際的噪音測試值和理論噪音值進行比較，計算其誤差是否在允許設定的范圍，若在該設定范圍內(nèi)，該設計的變壓器樣機即為符合標準的低噪變壓器。
[0011 ]進一步的，步驟I中在設計變壓器的結(jié)構(gòu)時，在變壓器的下方位置設計有阻尼彈簧隔振器，用于降低變壓器中的振動傳遞效率并平衡變壓器的整體載荷。
[0012]進一步的，步驟I中所建立的有限元模型中，對變壓器各個部件之間的連接設置預緊力。
[0013]進一步的，步驟3中，步驟3在利用變頻器變壓器鐵芯上采集相關(guān)信號中，是通過變頻器三相輸出接入到鐵芯的電磁繞線進行激勵，采集的相關(guān)信號為即為加速度響應信號。
[0014]進一步的，步驟3中，所述的步驟3中通過對有限元模型進行網(wǎng)格劃分，其中所述鐵芯上網(wǎng)絡的交點即為設定的節(jié)點。
[0015]進一步的，步驟3中所述的脈沖信號的帶寬由敲擊法給予的敲擊作用時間決定。
[0016]進一步的，步驟5中允許設定的范圍為所述實際的噪音測試值和理論噪音值的誤差 <3db。
[0017]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0018]本發(fā)明提出了一種低噪變壓器的設計方法;首先，對變壓器的結(jié)構(gòu)進行初步設計，然后代入到有限元軟件中建立有限元模型。根據(jù)建立的模型對其進行空腔模態(tài)測試、鐵芯結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)測試對變壓器的噪聲進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果對模型中的薄弱環(huán)節(jié)進行修正，最后再通過噪音數(shù)據(jù)測試，當變壓器在實際運行中得到的噪音實測值與其理論計算值之間的誤差落在允許范圍內(nèi)時，即所設計的變壓器滿足低噪聲的標準。本發(fā)明通過了解變壓器產(chǎn)生噪聲的原因，從空腔共鳴和振動模態(tài)兩個方面研究了干式變壓器的振動和噪音。實驗方面著重進行振動和噪音的模態(tài)分析和頻譜分析，采用有限元法計算了干式變壓器空腔共鳴和振動模態(tài)。利用本發(fā)明方法設計的變壓器噪聲低，符合國家標準，適用范圍廣，而且設計成本低、效率高。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的流程圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的有限元模型建立框圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明實施例的敲擊法測試前表面測點分布圖。
【具體實施方式】
[0022]—種低噪變壓器的設計方法，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明:
[0023]—種低噪變壓器的設計方法，該方法主要依次通過建立有限元模型、變壓器的空腔模態(tài)測試、鐵芯結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)測試、薄弱環(huán)節(jié)的修正、實際噪聲測試這幾個步驟實現(xiàn)對變壓器噪聲的檢測，具體步驟如下:
[0024]步驟(一)、建立有限元模型:
[0025]I)根據(jù)用戶的需求以及國家相關(guān)噪音標準技術(shù)的要求，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)了解造成變壓器發(fā)出噪聲的主要因素，對所要生產(chǎn)的變壓器的結(jié)構(gòu)進行初步設計。其中，造成變壓器出現(xiàn)噪音的主要因素為變壓器本體振動及冷卻裝置的振動，因此，在進行變壓器的初步設計時需要考慮變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件、結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生、傳遞、耦合的機理，并且對變壓器的本體選用吸音材料。
[0026]由于充分考慮到變壓器的整體載荷及運輸荷載狀況，在器身底座下方位置設計阻尼彈簧隔振器，以增加主要頻率的隔振量并平衡整體載荷。利用彈簧的阻尼消能作用降低振動傳遞效率，并利用結(jié)構(gòu)形狀提升阻尼效率。使鐵心和磁屏蔽振動傳到底座時，由鋼性連接變?yōu)閺椥赃B接，減少振動，防止共振。
[0027]2)將初步設計的變壓器機構(gòu)代入到有限元軟件中，通過設置合理的建模方式、邊界條件、約束方式、材料參數(shù)，建立該變壓器的有限元模型。
[0028]其中，由于變壓器由很多部件連接，如:夾件與底座的連接，底座與阻尼彈簧隔振器的連接，風機和變壓器底座風機架之間的連接等，這些部件之間的連接都是通過螺栓完成的，這些部件的連接關(guān)系以及之間的相互作用力都對變壓器的噪聲具有一定的影響。所以在建立有限元模型的過程中要對變壓器各個部件之間的預緊力進行分析并合理的設置。
[0029]步驟(二)、變壓器的空腔模態(tài)測試:
[0030]變壓器的鐵心和線圈之間，高低壓線圈之間存在多個環(huán)形腔，在其內(nèi)部可以建立起振幅很大的聲波，這種儲積起來的能量可以向開闊空間輻射。變壓器的空腔本身不會產(chǎn)生噪聲，卻能將變壓器結(jié)構(gòu)體發(fā)出的噪聲放大，空腔在某個激勵頻率下能共振，如果偏離這個頻率，共振就會減弱。因此，在對變壓器噪聲的檢測中需要利用步驟(一)中所建立的變壓器的有限