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電抗器鐵芯控制噪聲的措施
作者：威博特鐵芯 發布時間：2019-03-30 15:05:47 瀏覽次數：掌握結構聲輻射機理是進行結構噪聲優化控制的首要任務。根據電抗器鐵芯噪聲分析中的公式（1），降低表面聲輻射的途徑有：（1）降低表面聲輻射系數；（2）減少聲輻射面積；（3）降低表面質點速度。輻射系數是振動表面幾何尺寸和振動頻率的函數，減少聲輻射面積受限于鐵芯的整體結構設計。因此，降低結構聲輻射有效的方法是降低質點振動速度。而質點振動是把結構作為物理系統對激勵力的響應。因此，研究結構振動產生機理有助于有效的提出降低質點振動速度的措施。結構的振動位移響應可由下式表達：
式中：［H（f）］—結構相對于激勵力的頻響函數傅立中變換矩陣；｛F（f）｝—施加在結構上的激勵力的傅立葉變換；［X（f）］—結構在激勵力作用下的響應位移的傅立葉變換。
由式（7）可知，結構振動響應取決于激勵力和頻率響應函數，兩者之一在某一頻率出現峰值，則振動響應在該頻率出現峰值。因此，降低結構振動響應的措施有：（1）減少激勵力的幅值；（2）避免激勵力頻率與結構固有頻率的重合或靠近；（3） 提高結構剛度或阻尼。欲減小激勵力的幅值，需降低鐵芯中的磁密。根據文獻[8]，串聯鐵芯電抗器的磁密一般控制在（0.8～1.2）T，如果降低太多，則會大大增加制造成本，這表明措施（1）已不現實。
因此，通過提高結構剛度來避免共振，是控制振動的主要措施。據文獻[9]可知，結構體固有頻率提高，剛性增強，動變形降低，有利于降低振動和噪聲。因此，把提高結構體剛度的問題轉化為如何提高結構體的固有頻率。為了實現這一目的，從以下兩個方面進行了分析：（1）鐵芯自身 結構電抗器鐵芯是一個比較復雜的結構體，影響其固有頻率的因素很多，就結構本身的參數來說，主要有鐵餅直徑、鐵餅高度、鐵軛高度及柱間距離四個因素。當電抗器的容量確定以后，生產廠家一般會根據自身生產工藝及成本，對鐵餅直徑和鐵餅高度進行確定，其他工藝參數也通常根據它們進行選取，當改變鐵餅直徑和鐵餅高度事，整個電抗器結構將會發生較大的變化，所以只考慮鐵軛高度和柱間距離對固有頻率的影響。結合鐵芯實際結構，選取 0.291m、0.301m、0.321m、0.331m四高度值，對其進行模態分析，發現鐵軛高度的降低會提高鐵芯的固有頻率；柱間距離選取 0.455m、0.46m、0.47m、0.475m 四個值，模態分析后發現減小柱間距離會提高鐵芯的固有頻率。（2）約束條件 結構體的約束對其固有頻率有較大的影響。實際電抗器安裝運行時只有兩個條形基礎，對鐵芯底部增加約束后進行模態分析，發現約束后鐵芯的固有頻率有所提高。
電抗器鐵芯控制噪聲措施的效果
通過上面的改進措施，重新對鐵芯結構進行建模，并對磁-結構-聲場的耦合場進行模擬分析，結果分析表明改進后的噪聲得到了有效的控制。
改進后的上軛表面 1-5 點的振動速度曲線，如圖 5 所示。與圖2 改進前進行比較。通過速度曲線對比發現，改進后上軛表面 5 點的振動速度均有所下降，鐵芯結構的振動得到了一定程度的抑制。
由式（7）可知，結構振動響應取決于激勵力和頻率響應函數，兩者之一在某一頻率出現峰值，則振動響應在該頻率出現峰值。因此，降低結構振動響應的措施有：（1）減少激勵力的幅值；（2）避免激勵力頻率與結構固有頻率的重合或靠近；（3） 提高結構剛度或阻尼。欲減小激勵力的幅值，需降低鐵芯中的磁密。根據文獻[8]，串聯鐵芯電抗器的磁密一般控制在（0.8～1.2）T，如果降低太多，則會大大增加制造成本，這表明措施（1）已不現實。
因此，通過提高結構剛度來避免共振，是控制振動的主要措施。據文獻[9]可知，結構體固有頻率提高，剛性增強，動變形降低，有利于降低振動和噪聲。因此，把提高結構體剛度的問題轉化為如何提高結構體的固有頻率。為了實現這一目的，從以下兩個方面進行了分析：（1）鐵芯自身 結構電抗器鐵芯是一個比較復雜的結構體，影響其固有頻率的因素很多，就結構本身的參數來說，主要有鐵餅直徑、鐵餅高度、鐵軛高度及柱間距離四個因素。當電抗器的容量確定以后，生產廠家一般會根據自身生產工藝及成本，對鐵餅直徑和鐵餅高度進行確定，其他工藝參數也通常根據它們進行選取，當改變鐵餅直徑和鐵餅高度事，整個電抗器結構將會發生較大的變化，所以只考慮鐵軛高度和柱間距離對固有頻率的影響。結合鐵芯實際結構，選取 0.291m、0.301m、0.321m、0.331m四高度值，對其進行模態分析，發現鐵軛高度的降低會提高鐵芯的固有頻率；柱間距離選取 0.455m、0.46m、0.47m、0.475m 四個值，模態分析后發現減小柱間距離會提高鐵芯的固有頻率。（2）約束條件 結構體的約束對其固有頻率有較大的影響。實際電抗器安裝運行時只有兩個條形基礎，對鐵芯底部增加約束后進行模態分析，發現約束后鐵芯的固有頻率有所提高。
電抗器鐵芯控制噪聲措施的效果
通過上面的改進措施，重新對鐵芯結構進行建模，并對磁-結構-聲場的耦合場進行模擬分析，結果分析表明改進后的噪聲得到了有效的控制。
改進后的上軛表面 1-5 點的振動速度曲線，如圖 5 所示。與圖2 改進前進行比較。通過速度曲線對比發現，改進后上軛表面 5 點的振動速度均有所下降，鐵芯結構的振動得到了一定程度的抑制。
改進前后的聲壓級與聲功率級，如圖 6 所示，聲壓級和聲功率級都有所下降，可以說，改進措施對降低鐵芯由于結構本身造成的噪聲取得了一定的效果。
本文通過 ANSYS 軟件對電抗器鐵芯振動噪聲進行了多場耦合有限元分析，且研究了電抗器鐵芯振動與噪聲的關系，基于這種關系，從結構聲輻射機理出發提出了抗振抑噪的措施，并對提出的措施進行數值模擬，所得結果與改進前結果進行對比后發現鐵芯的振動與噪聲均有所降低，收到了一定的效果，從而證明了改進措施具有一定的可行性。
本文通過 ANSYS 軟件對電抗器鐵芯振動噪聲進行了多場耦合有限元分析，且研究了電抗器鐵芯振動與噪聲的關系，基于這種關系，從結構聲輻射機理出發提出了抗振抑噪的措施，并對提出的措施進行數值模擬，所得結果與改進前結果進行對比后發現鐵芯的振動與噪聲均有所降低，收到了一定的效果，從而證明了改進措施具有一定的可行性。
鐵芯問題延伸
- >> 干式鐵芯電抗器八大優點
- >> 飽和鐵芯電抗器的特點及其應用
- >> 鐵芯材料、氣隙和磁通密度對鐵芯電抗器的影響
- >> 鐵芯電抗器與空芯電抗器的區別
- >> 鐵芯電抗器的分類及電抗器的用途
- >> 電抗器鐵芯振動噪聲分析研究