变压器噪声及降低措施浅析

【摘 要】本文介绍了变压器噪声的类型，分析了变压器空载噪声产生的原因及因素，提出了变压器铁芯设计和制造工艺的降噪措施，概述了降低变压器空载噪声的方法。

【关键词】变压器噪声原因；因素；降噪措施

随着社会和经济的发展，人们对电能需求的不断提高，城乡用电逐年增加，许多大型变电所、变压器建设的越来越靠近人们的住所。因此，变压器的噪声逐渐成为人们关注的问题，改善变压器，降低噪声是本次论文的主要内容。

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。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。

变压器本体噪声主要有硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动、硅钢片接缝处和叠片之间漏磁引起的铁心振动、绕组振动等。铁心励磁时，沿磁力线方向硅钢片的尺寸发生变化，而垂直于磁力线方向的尺寸发生相反的变化，磁致伸缩使得铁心随着励磁频率的变化而周期性振动。绕组负载电流产生的漏磁将引起绕组的振动，当变压器的额定工作磁通密度在1.5～1.8T范围时，这种振动与磁致伸缩引起的铁心振动相比很小。干式变压器采用强迫风冷时，变压器的冷却装置等附件也会产生噪声，与变压器本体噪声的机理一样，冷却装置的噪声也是由于它们的振动而产生的。硅钢片接缝处和叠片间存在因漏磁而产生的电磁吸引，由此引起铁心振动。由于铁心叠积方式得到不断改进，接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动比磁致伸缩引起的铁心振动小得多。

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。

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。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。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。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。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。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。

下面浅析一下变压器铁心设计和制造工艺的降噪措施。

铁心表面涂胶。铁心叠装，绑扎后，在其剪切端面涂刷树脂类涂层，能抵消边缘处一部分内应力，从而减小了内应力所造成的E值的升高。下铁轭与垫块间空隙填充环氧腻子抑制铁心振动。上下部器身定位也用环氧腻子填充。在铁心垫脚与箱底放置减震橡胶。采用20mm胶板时，一般以压缩3mm为宜，压缩量太大时，会因发生蠕变而使阻尼失效，其绝缘性能也会变化。分隔铁心与低压绕组间的气隙，变压器噪声也是一种声波，有反射，折射，干扰，绕射，共振等特性。振动及控制。隔离振动有两种方法：一种是在铁心与其接触件之间加上弹性隔振材料；另一种是当变压器安装时，在变压器与其他设备及基础间安装隔振材料，隔振处理降低噪声效果明显。避免铁心共振。为有效的防止铁心共振，可利用其上部定位件，通过箱沿螺栓的紧固，使箱体与器身上梁紧密接触。减少硅钢片内应力。磁致伸缩E对应力极为敏感。在相同的磁通密度下，有较大内应力的硅钢片与内应力较小的硅钢片相比，E随着压应力的增大而升高的速度更加快。选用高质量的冷却系统。当干式变压器需安装冷却系统时，高质量的冷却风机才不会对变压器的噪声产生付作用。减小磁密和铁心直径。一般情况下，磁通密度每增加0.1T，变压器的噪声将增加2～3dB，所以，设计时应尽量减小磁通密度。选用高导磁优质硅钢片，高导磁硅钢片提高了结晶方位的完整度，特殊涂层增加了其抗张力，从而降低了其磁致伸缩。改善铁心的夹紧质量。改进夹件的结构，在夹件两端增加限位装置并注意控制适当的铁心夹紧力，能在一定程度上起到降低产品噪声的效果。

那么，如何抑制高频变压器的音频噪声呢？高频变压器EE或EI型磁芯之间的吸引力，能使两个磁芯发生位移；绕组电流相互间的引力或斥力，也能使线圈产生偏移；受机械振动时能导致周期性的形变；有些因素均会使高频变压器在工作时发出音频噪声；10W以下单片开关电源的音频噪声频率，约为10kHz～20kHz。为防止磁芯之间产生相对位移，通常采用一种特殊的“玻璃珠”胶合剂，来粘合EE、EI等类型的铁氧体磁芯，效果甚佳。这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照1：9的比例配制而成的混合物，它在100℃以上的温度环境中放置1h即可固化。其作用与滚珠轴承有某种相似之处，固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位，而总置不变，这就对形变起到了抑制作用，采用这种工艺可将音频噪声降低5dB。

再说说变压器降低空载噪声的办法：

加隔音层降低噪声。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。

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。使变压器噪声受到破坏性干扰，可降低噪声15db（a）左右。

减少振源噪声。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）。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）。

在吸收声能减振方面，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）。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。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。铁心产生的噪声有一部分是通过箱底和基础传出去的，在铁心垫脚处和磁屏蔽与箱壁之间放置防振胶垫，从而达到减少振动，防止共振，可以降低噪声1-2db（a）。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）。其它方法还可以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。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。

总之，对冷却系统的噪声加以控制，使其噪声和本体噪声水平相近或更低，也能有效地降低变压器噪声，以保证变压器的长期安全稳定运行。对变压器的本体噪声，一方面可通过减小铁心的振动和降低噪声的发散能力来控制。另一方面，可通过减振及隔声，吸声等措施，使噪声在传播途径中得以衰减。

【参考文献】

[1]周贤土.中小型变压器噪声[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]姜在秀.变压器的噪声与振动控制[M].北京：水利电力出版社，2001.