岸桥整流及电力变压器的振动噪音及其控制对策研究

 1 引言 
  在岸桥工作中,整流电力变压器是其十分重要的器件,而鉴于各方对岸桥工作稳定性的要求,电力变压器工作的振动噪声控制成为了岸桥工作中各方需着重开展的关键工作。基于此,文章从岸桥整流电力变压器的工作原理出发,对这一电力变压器的振动产生原理和影响作用展开了详细分析,继而通过数据计算的方式,测试了岸桥整流电力变压器的振动以及噪声情况,并根据相应测试结果提出了三点切实可行的振动噪声控制措施。 
  2 岸桥整流电力变压器工作原理 
  岸桥整流电力变压器即在岸桥上使用的整流电力变压器,是岸桥电力电子设备中最为主要的元部件之一,使用十分广泛。在整流电力变压器的结构上和一般的电力变压器基本一致,都是由两个或两个以上绕在铁芯上的绕组所组成。从整流电力变压器的工作原理上观察,也是在法拉第电磁感应定律下所进行的电能传递和变换作业,通过交变磁场将以一次组和二次绕组之间进行连接,继而变换电流、电压并传递电能。整流电力变压器的独特之处在于绕组的结构,在其二次侧处是移相绕组。较为常见的移相绕组的移相方式主要有移相绕组移相、星角绕组移相以及自耦移相变压器移相三种[1]。 
  3 岸桥整流电力变压器振动噪声产生原理及作用影响 
  3.1 产生原理 
  在岸桥整流电力变压器的振动产生原理上,其主要集中在三个方面:①铁芯的电磁吸力,从电磁场理论可知,在三相交流电磁场铁芯硅钢片的接缝处会存在很大的电磁吸力,而如果岸桥整流电力变压器中铁芯存在松动的情况,便会在此作用力下出现强烈的周期性往复运动,导致振动和噪声的产生。②铁芯磁致伸缩效应。即在岸桥整流电力变压器的运作中铁芯硅钢片会在电磁场的作用下,沿着磁力线的方向在尺寸上发生变化,在励磁消失后又复原,在此过程中产生振动噪声。③绕组的电动力,岸桥整流电力变压器绕组中电流会在磁场的影响下产生电磁力,继而绕组中的漏磁场和电流之间的分量彼此间产生作用,会使绕组产生轴向动力,继而产生振动和噪声[2]。 
  3.2 作用影响 
  变压器振动主要来自铁芯和绕组两者,两者彼此传递。另外由于岸桥是整体随船运输,为加强变压器的整体强度,变压器底部通常会焊接固定,这样可能会引起共振进一步加剧振动。在持续的振动下,会引起变压器的三相绕组间隙的不等,引起异响,影响相间电压和三相平衡,造成无功功率较大。 
  4 岸桥整流电力变压器振动噪声测试 
  4.1 振动测试 
  岸桥整流电力变压器振动测试主要是对其表面振动进行测试,分别在负载和空载的工况下对岸桥整流电力变压器的箱体振动进行测试,使用压电式加速度传感器将瞬间振动数据转化为电压信号,然后再通过数据采集器完成振动信号的采集,完成测试数据的收集: 
  负载振动测试。分别选择岸桥整流电力变压器额定电流的100%、90%、80%以及70%进行测试。 
  从测试结果得知,以时间为轴观察,岸桥整流电力变压器满负载箱体振动信号为一个正弦函数,可视作谐波信号。100Hz为振动最为明显的频率,此外还存在少量200Hz的振动频率。 
  空载振动测试。通过测试得知,在空载和负载状态下岸桥整流电力变压器满负载箱体振动信号时域一致。在空载工况下,岸桥整流电力变压器空载箱体振动300Hz的占比最大,此外也存在100Hz和200Hz的频率段,说明在空载工况下振动更为明显。 
  4.2 噪声测试 
  在岸桥整流电力变压器空载箱体噪声的测试上,基于岸桥整流电力变压器尺寸的差异确定振动加速度传感器的安装位置,并形成一个网络状,再使用多通道的数据采集系统对变压器振动进行测试。在噪声测试部分,于变压器轮廓30cm处包络线上1/3、2/3处进行噪声测量。选择空载工况为测试工况,测试数据如表1所示。 
  从表1所揭示信息可知在0.3m处岸桥整流电力变压器空载箱体噪声最大值达到67.3dB,整体水平还是偏高,需要采取措施将噪声进一步降低。 
  將所获得信号进行进一步的分析,可和上文已经分析出的振动测点直接建立联系,得到岸桥整流电力变压器空载箱体噪声0.3m处噪声信号的频谱情况。
從测试结果得知,岸桥整流电力变压器空载箱体噪声和振动之间存在很大的相似性,集中在1000Hz以内,其在300Hz时出现峰值,整体上和岸桥整流电力变压器空载箱体振动情况相匹配。 
  5 岸桥整流电力变压器振动噪声控制措施 
  上文就岸桥整流电力变压器振动噪声的产生机制、影响作用、程度和两者的相干性进行了分析,本章从设计的角度出发提出几点控制振动和噪声的措施。抑制振动向传播,即是对变压器内部器身的振动进行控制。在变压器的运作中,绕组和铁芯所产生的振动是在垫脚这一固体介质下完成传递的。因此,可在绕组和垫脚之间连接处通过加入一些减振垫的方式,将原来绕组和垫脚之间的刚性接触转化为弹性接触,继而绕组和铁心传导到底座上的振动会大大减少,降低整体振动,变压器底座与底盘结构连接采用螺栓连接取代传统焊接固定,从而也就起到了降振降噪的目的;此外还可以抑制箱体向外辐射噪声,通过上文的分析可知,100Hz和300Hz是最为主要的振动频率,可针对于这两个频段,在岸桥整流电力变压器箱体外壁上附加空气薄膜阻尼结构,依托于特性频率的阻尼特性,完成箱体表面振动的衰减。同时通过上文的分析可知,箱体的噪声和箱体振动之间存在着很大的相关性,300Hz是主要的噪声产生频率,因此100Hz和300Hz振动衰减,同时也就起到了衰减噪声的效果。 
  6 结语 
  综上所述,通过计算测试的方式,就岸桥整流电力变压器空载箱体的噪声振动情况进行了揭示,并提出切实可行的控制措施,得出以下几点研究结论:铁芯的电磁吸力、铁芯磁致伸缩效应、绕组的电动力是振动噪声产生的主要机制,铁芯、绕组、固定底座是振动产生的主要部分,噪声包括主体噪声和冷却系统噪声两个组成。岸桥整流电力变压器满负载箱体振动信号时域波形可视作谐波信号,频率波形在变压器满载时,100Hz振动占比最大,空载时200Hz最大。在空载时振动和噪声频谱存在很大的相干性,0.3m处最大噪声为67.3dB,可采取抑制振动向罩壳传播、抑制箱体振动、抑制箱体向外辐射噪声等措施进行振动和噪声的控制。 
  【参考文献】 
  【1】周茂,黄昊,王谦,等.电力变压器振动噪声产生机理及应用分析[J].黑龙江科技信息,2017,21(21):45-46. 
  【2】商利华,林小平,李艳军,等.电力变压器噪声辐射特性[J].化工管理,2014,12(14):194-195.
浏览次数:  更新时间:2018-02-09 10:40:03
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