岸橋整流及電力變壓器的振動噪音及其控制對策研究

何欣理

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200000）

1 引言

在岸橋工作中，整流電力變壓器是其十分重要的器件，而鑒于各方對岸橋工作穩(wěn)定性的要求，電力變壓器工作的振動噪聲控制成為了岸橋工作中各方需著重開展的關(guān)鍵工作?；诖耍恼聫陌稑蛘麟娏ψ儔浩鞯墓ぷ髟沓霭l(fā)，對這一電力變壓器的振動產(chǎn)生原理和影響作用展開了詳細(xì)分析，繼而通過數(shù)據(jù)計算的方式，測試了岸橋整流電力變壓器的振動以及噪聲情況，并根據(jù)相應(yīng)測試結(jié)果提出了三點(diǎn)切實(shí)可行的振動噪聲控制措施。

2 岸橋整流電力變壓器工作原理

岸橋整流電力變壓器即在岸橋上使用的整流電力變壓器，是岸橋電力電子設(shè)備中最為主要的元部件之一，使用十分廣泛。在整流電力變壓器的結(jié)構(gòu)上和一般的電力變壓器基本一致，都是由兩個或兩個以上繞在鐵芯上的繞組所組成。從整流電力變壓器的工作原理上觀察，也是在法拉第電磁感應(yīng)定律下所進(jìn)行的電能傳遞和變換作業(yè)，通過交變磁場將以一次組和二次繞組之間進(jìn)行連接，繼而變換電流、電壓并傳遞電能。整流電力變壓器的獨(dú)特之處在于繞組的結(jié)構(gòu)，在其二次側(cè)處是移相繞組。較為常見的移相繞組的移相方式主要有移相繞組移相、星角繞組移相以及自耦移相變壓器移相三種[1]。

3 岸橋整流電力變壓器振動噪聲產(chǎn)生原理及作用影響

3.1 產(chǎn)生原理

在岸橋整流電力變壓器的振動產(chǎn)生原理上，其主要集中在三個方面：①鐵芯的電磁吸力，從電磁場理論可知，在三相交流電磁場鐵芯硅鋼片的接縫處會存在很大的電磁吸力，而如果岸橋整流電力變壓器中鐵芯存在松動的情況，便會在此作用力下出現(xiàn)強(qiáng)烈的周期性往復(fù)運(yùn)動，導(dǎo)致振動和噪聲的產(chǎn)生。②鐵芯磁致伸縮效應(yīng)。即在岸橋整流電力變壓器的運(yùn)作中鐵芯硅鋼片會在電磁場的作用下，沿著磁力線的方向在尺寸上發(fā)生變化，在勵磁消失后又復(fù)原，在此過程中產(chǎn)生振動噪聲。③繞組的電動力，岸橋整流電力變壓器繞組中電流會在磁場的影響下產(chǎn)生電磁力，繼而繞組中的漏磁場和電流之間的分量彼此間產(chǎn)生作用，會使繞組產(chǎn)生軸向動力，繼而產(chǎn)生振動和噪聲[2]。

3.2 作用影響

變壓器振動主要來自鐵芯和繞組兩者，兩者彼此傳遞。另外由于岸橋是整體隨船運(yùn)輸，為加強(qiáng)變壓器的整體強(qiáng)度，變壓器底部通常會焊接固定，這樣可能會引起共振進(jìn)一步加劇振動。在持續(xù)的振動下，會引起變壓器的三相繞組間隙的不等，引起異響，影響相間電壓和三相平衡，造成無功功率較大。

表1 岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲測試數(shù)據(jù)

4 岸橋整流電力變壓器振動噪聲測試

4.1 振動測試

岸橋整流電力變壓器振動測試主要是對其表面振動進(jìn)行測試，分別在負(fù)載和空載的工況下對岸橋整流電力變壓器的箱體振動進(jìn)行測試，使用壓電式加速度傳感器將瞬間振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后再通過數(shù)據(jù)采集器完成振動信號的采集，完成測試數(shù)據(jù)的收集：

負(fù)載振動測試。分別選擇岸橋整流電力變壓器額定電流的100%、90%、80%以及70%進(jìn)行測試。

從測試結(jié)果得知，以時間為軸觀察，岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動信號為一個正弦函數(shù)，可視作諧波信號。100Hz為振動最為明顯的頻率，此外還存在少量200Hz的振動頻率。

空載振動測試。通過測試得知，在空載和負(fù)載狀態(tài)下岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動信號時域一致。在空載工況下，岸橋整流電力變壓器空載箱體振動300Hz的占比最大，此外也存在100Hz和200Hz的頻率段，說明在空載工況下振動更為明顯。

4.2 噪聲測試

在岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲的測試上，基于岸橋整流電力變壓器尺寸的差異確定振動加速度傳感器的安裝位置，并形成一個網(wǎng)絡(luò)狀，再使用多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對變壓器振動進(jìn)行測試。在噪聲測試部分，于變壓器輪廓30cm處包絡(luò)線上1/3、2/3處進(jìn)行噪聲測量。選擇空載工況為測試工況，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1所揭示信息可知在0.3m處岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲最大值達(dá)到67.3dB，整體水平還是偏高，需要采取措施將噪聲進(jìn)一步降低。

將所獲得信號進(jìn)行進(jìn)一步的分析，可和上文已經(jīng)分析出的振動測點(diǎn)直接建立聯(lián)系，得到岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲0.3m處噪聲信號的頻譜情況。

從測試結(jié)果得知，岸橋整流電力變壓器空載箱體噪聲和振動之間存在很大的相似性，集中在1000Hz以內(nèi)，其在300Hz時出現(xiàn)峰值，整體上和岸橋整流電力變壓器空載箱體振動情況相匹配。

5 岸橋整流電力變壓器振動噪聲控制措施

上文就岸橋整流電力變壓器振動噪聲的產(chǎn)生機(jī)制、影響作用、程度和兩者的相干性進(jìn)行了分析，本章從設(shè)計的角度出發(fā)提出幾點(diǎn)控制振動和噪聲的措施。抑制振動向傳播，即是對變壓器內(nèi)部器身的振動進(jìn)行控制。在變壓器的運(yùn)作中，繞組和鐵芯所產(chǎn)生的振動是在墊腳這一固體介質(zhì)下完成傳遞的。因此，可在繞組和墊腳之間連接處通過加入一些減振墊的方式，將原來繞組和墊腳之間的剛性接觸轉(zhuǎn)化為彈性接觸，繼而繞組和鐵心傳導(dǎo)到底座上的振動會大大減少，降低整體振動，變壓器底座與底盤結(jié)構(gòu)連接采用螺栓連接取代傳統(tǒng)焊接固定，從而也就起到了降振降噪的目的；此外還可以抑制箱體向外輻射噪聲，通過上文的分析可知，100Hz和300Hz是最為主要的振動頻率，可針對于這兩個頻段，在岸橋整流電力變壓器箱體外壁上附加空氣薄膜阻尼結(jié)構(gòu)，依托于特性頻率的阻尼特性，完成箱體表面振動的衰減。同時通過上文的分析可知，箱體的噪聲和箱體振動之間存在著很大的相關(guān)性，300Hz是主要的噪聲產(chǎn)生頻率，因此100Hz和300Hz振動衰減，同時也就起到了衰減噪聲的效果。

6 結(jié)語

綜上所述，通過計算測試的方式，就岸橋整流電力變壓器空載箱體的噪聲振動情況進(jìn)行了揭示，并提出切實(shí)可行的控制措施，得出以下幾點(diǎn)研究結(jié)論：鐵芯的電磁吸力、鐵芯磁致伸縮效應(yīng)、繞組的電動力是振動噪聲產(chǎn)生的主要機(jī)制，鐵芯、繞組、固定底座是振動產(chǎn)生的主要部分，噪聲包括主體噪聲和冷卻系統(tǒng)噪聲兩個組成。岸橋整流電力變壓器滿負(fù)載箱體振動信號時域波形可視作諧波信號，頻率波形在變壓器滿載時，100Hz振動占比最大，空載時200Hz最大。在空載時振動和噪聲頻譜存在很大的相干性，0.3m處最大噪聲為67.3dB，可采取抑制振動向罩殼傳播、抑制箱體振動、抑制箱體向外輻射噪聲等措施進(jìn)行振動和噪聲的控制。