電力變壓器的振動(dòng)和噪聲主要來自于鐵心、繞組和運(yùn)行中的風(fēng)機(jī)、油泵等冷卻裝置，其中鐵心的振動(dòng)是最重要的來源之一。變壓器鐵心的振動(dòng)來自于晶粒取向硅鋼在周期性變化的磁場中的磁致伸縮和層合層之間的引力，鐵心的固有頻率對其振動(dòng)特性有重要的影響。

當(dāng)鐵心的固有頻率接近工頻的偶數(shù)倍時(shí)，噪聲水平可以被放大。劉華東等研究人員通過本文對硅鋼片進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)，得到了疊加硅鋼片固有頻率的變化規(guī)律，提出了一種建立疊加鐵心橫向各向同性模型的等效方法，并分析了結(jié)構(gòu)因素對固有頻率的影響

單片硅鋼片的振動(dòng)特性

在單片硅鋼模態(tài)試驗(yàn)中，硅鋼板的低階振動(dòng)模式主要表現(xiàn)為水平方向的彎曲。當(dāng)水平方向的彎曲變形較大時(shí)，垂直方向的彎曲會(huì)反映為扭轉(zhuǎn)。隨著階數(shù)的增加，硅鋼鋼板的整體變形變得更加嚴(yán)重。

由于結(jié)構(gòu)中部存在三角形間隙，出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，振動(dòng)更強(qiáng)烈。表一為模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，硅鋼板的前兩階振動(dòng)模與懸臂梁結(jié)構(gòu)基本相同，三階振動(dòng)模的峰谷數(shù)與理論一致。





硅鋼分層振動(dòng)特性

在硅鋼層的間隙沒有變壓器油，間隙充滿變壓器油的情況下，分別進(jìn)行硅鋼層的模態(tài)特性試驗(yàn)。在沒有變壓器油的情況下，隨著層疊數(shù)的增加，模態(tài)頻率隨層數(shù)的數(shù)量近似線性增加。

注入變壓器油后，變壓器油的耦合作用會(huì)給鐵心層帶來額外的質(zhì)量。二階和三階模態(tài)頻率均有一定程度的減小趨勢。


此外在模擬中還發(fā)現(xiàn)，模態(tài)頻率與硅片厚度成正比，但在實(shí)際試驗(yàn)中，硅片整體變成堆疊硅片。層間存在摩擦，平面外方向的剛度大大降低。變壓器油在增加質(zhì)量的同時(shí)，降低了夾層之間的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)。

結(jié)論：

(1)隨著心層數(shù)的增加，模態(tài)頻率近似呈線性增加。變壓器油后，模態(tài)頻率略有下降。

(2)疊加鐵心橫向各向同性模型的等效方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算出鐵心的固有頻率和模態(tài)形狀。

(3)磁軛的長度、磁心柱的高度和磁芯的厚度都會(huì)影響到變壓器磁心的自然振動(dòng)特性。這三者的增加將導(dǎo)致固有頻率的降低。