何降低变压器噪声

1  前言

    近几年来，在住宅及公共场所已经越来越多地使用大型变压器，这就对大型变压器及中小型变压器的噪声提出了一定的要求。变压器的噪声问题越来越多地受到人们的关注。如何降低变压器噪声已成为变压器制造业急需解决的问题。

    2  变压器噪声产生的原因

    变压器所发出的可听见的噪声是由铁心的磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽内的电磁力所引起的。过去，一直认为磁场诱发铁心叠片沿纵向振动所产生的噪声是变压器噪声的主要成分。该振动的幅值与铁心叠片中的磁通密度及铁心材质的磁性能有关，而与负载电流关系不大。

    具体来说，变压器噪声共有三个声源，一是铁心，二是绕组，三是冷却器，即空载、负载和冷却系统引起的噪声之和。铁心产生噪声的原因是构成铁心的硅钢片在交变磁场的作用下，会发生微小的变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率的变化做周期性振动。绕组产生振动的原因是电流在绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。电磁力(和振动幅值)与电流的平方成正比，而发射的声功率与振动幅值的平方成正比。因此，发射的声功率与负载电流有很明显的关系。

 3  影响变压器噪声的因素

 3．1  影响空载噪声的因素 

   铁心产生噪声的原因主要是在交变磁场作用下，硅钢片的尺寸会发生微小的变化。由于磁致伸缩的变化周期是电源频率的半个周期，磁致伸缩引起的变压器本体的振动，是以两倍的电源频率为基频率的，所以硅钢片的振动主要是由铁磁材料的磁致伸缩特性引起的。

    磁致伸缩率大小与硅钢片的材质有关。磁致伸缩率越大，则噪声就越大。当磁场强度相同的情况下，材质好的硅钢片磁致伸缩也小，因此噪声也小。

    磁致伸缩率还与磁场强度有关，磁场越强，ε越大。

   磁致伸缩率还与硅钢片表面是否涂漆及退火有关，因为涂层对硅钢片有附着力，可防止硅钢片变形。在同样磁场强度下退火的硅钢片比不退火的硅钢片磁致伸缩要小很多，这是由于选择最佳退火工艺，可以成倍降低磁致伸缩。

   变压器空载噪声除与本身材质等有关外，还与接缝的情况有关。

    3．2  影响空载噪声的其它因素

   (1)铁心结构的影响。噪声与心柱和铁轭直径、铁心窗高、铁心窗口宽度、铁心质量有关。铁心质量每降低1t，噪声可降低1／3dB(A)值。铁心窗高与铁心直径的比值每减小0.1，变压器噪声就要降低2—3dB。

   (2)空载噪声的频率是以两倍电源频率为其基频的。铁心中除了基频磁通外，还有高频磁通，所以空载噪声频率也存在二次以上的高频频波。当铁心油箱的固有频率与噪声频率接近时，将发生噪声共振现象，使噪声增大。因此，变压器铁心和油箱的固有频率要避开一些高频频波。

   (3)为了防止铁心共振，在设计低噪声变压器时，还要考虑铁心的自振频率。当变压器的额定频率为50Hz时，铁心的自振频率应避开以下频带：75-125Hz，165-235Hz，275-325Hz，375-425Hz。如自振频率避开共振频带，铁心将不会产生共振。

    4  降低空载噪声的办法

    4．1  减少振源噪声

   (1)采用磁致伸缩小的高导磁材料，如选30ZHl20硅钢片可比选用其它材质的硅钢片噪声降低噪声4-5dB(A)。

   (2)降低铁心磁密，可以降低噪声。磁密每降低0.1T，可降低2-3dB(A)。噪声但降低磁密后，铁心截面积、变压器等值容量和造价都相应增加，从成本上来说是不经济的。因此，降低磁密，不能超过标准磁密的10％。

   (3)改善和缩小铁心接缝。铁心采用多级接缝。采用多级接缝铁心比两级接缝空载噪声小，可使噪声降低4-5dB(A)。这是因为采用多级(四级及以上)接缝后，在接缝处磁通分布较均匀，又使气隙中的磁密大大降低，导致接缝处由磁吸力引起的噪声减小的缘故。另外，减小接缝，可以降低振幅，同时减小变压器的励磁容量及励磁电流，使声功率大幅度降低，可降低空载噪声4~5dB(A)。

   (4)防止和减少硅钢片在加工、生产过程中受到的机械撞击，否则会使硅钢片的磁致伸缩加大，从而增加铁心的噪声。

   (5)在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶，可增加铁心表面张力约束，也可以起到减少磁致伸缩量，降低噪声的作用。

    4．2  在吸收声能减振方面

   (1)铁心产生的噪声有一部分是通过箱底和基础传出去的。如果在器身和油箱之间或在油箱和基础之间加缓冲器，能使声音通过缓冲器衰减。可在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫，使铁心和磁屏蔽的振动传到油箱时，由钢性连接变为弹性连接，从而达到减少振动，防止共振，降低噪声的目的。可以降低噪声1-2dB(A)。

   (2)在油箱加强铁内放隔声材料，可以将油箱振动的能量吸收一部分，从而达到降低本体噪声的目的，可以降低噪声2-3dB(A)。

    4．3  加隔音层降低噪声

   根据油箱结构，分为组合式与高效式两种。组合式为：可根据油箱外部结构情况将隔音板做成若干件，钢板内放吸音材料。吸音材料有：岩棉、玻璃纤维等。隔音壁能把变压器本体发射的部分噪声反射回去；而且当噪声穿过隔声壁时，也能被吸收一些，起到降低噪声的作用。单件的隔音板用螺栓分别固定在油箱加强铁上，采用这种隔音板可降低噪声10-15dB。也可采用高效隔音板，放在两个加强铁之间，通过薄弹簧钢板固定。框形附加重物用以调整高效隔音板的振动特性，使它的振幅明显低于加强铁的振幅，从而有效地屏蔽住变压器本体发出的噪声，可降低噪声l0-5dB(A)。

    4．4  消声法

   采用消声法降低噪声。即在变压器lm以内放置若干个噪声发声器，使它们发出的噪声与变压器发出的噪声互相抵消。它的原理是首先把变压器的噪声信号转变为电信号，然后放大激励噪声发声器，使各噪声发出来的噪声，振幅相等，相位相反，使变压器噪声受到破坏性干扰，可降低噪声15dB(A)左右。

    4．5  其它方法

   (1)在设计低空载噪声变压器时，尽量采用自冷式，这样可去除风扇和油泵的噪声的叠加。当容量难以满足需要时，为了满足大容量变压器的散热，尽量选用低噪声的潜油泵和低转数风扇的冷却器。采用低速风扇，能使自冷变压器的容量提高33％，噪声达到69dB(A)。根据具体情况，也可采用双速风扇。在负荷较小时开动低速风扇，噪声可相应的降低；在负荷较大时开动高速风扇，能使自冷变压器容量提高67％，但此时噪声较大，达到75dB(A)。

   (2)在室内布置变压器时，应考虑由噪声在墙面反射时可能导致噪声的增加。该增值是变压器表面积与变压器室表面积之比的函数，并与墙面和天花板的吸声系数有关。采用矿渣棉或类似的材料对墙面涂覆处理，可增加吸声系数，使噪声明显降低。

    5  结束语

   以上分析了变压器空载噪声产生的原因，概述了降低变压器空载噪声的方法，希望本文能对变压器设计及工艺人员起到一定的借鉴作用。