大型电力变压器铁心电磁振动数学模型.pdfVIP

第41卷 第6期 多淦诊 Vol.41 No.6 2004年6月 TR峨5冤月 June 2004 大型电力变压器铁心电磁振动数学模型 王志敏’，顾文业’，顾晚安 “，沈荣诚2 (1.上海第二工业大学电子电气学院，上海 201209;2.上海交通大学，上海 200030) 摘要 :描述了电力变压器铁心电磁振动的数字模型建立过程，讨论了如何从能量守恒和功能转换的角度描述 表征磁致伸缩现象的磁场力。并导出了变压器铁心电磁振动的数学模型。 关键词:电力变压器;铁心;磁致伸缩;振动;数学模型 中图分类号:TB535 文献标识码:A 文章编号:1001-8425(2004)06-0001-06 式中 产一-磁场力体积力密度矢量 1 引言 子一一-电流密度矢量 电力系统中安装了大量的电力设备(如发电机和 B— 磁感应强度矢量 变压器)来生产、输送、分配电能。其中电力变压器是 H— 磁场强度 利用电磁感应原理来升高或降低电压的一种静止的 A— 介质的磁导率 电能转换器。在变压器的铁心中分布着正弦交变的电 一 介质的体积密度 磁场，交变磁场将诱发硅钢片发生振动，这种振动将 (注:文中所有变量的单位均遵照国际电磁量单位 产生变压器本体噪声。变压器的额定工作磁密通常取 制。) 1.4T-1.8T。早期的国内外研究和试验证明lil，在这样的 式(1)中的第一项是洛仑兹力，第三项用来表征 磁密范围内，负载电流产生漏磁所引起的绕组、油箱 磁致伸缩现象。对于线性、各向同性的铁磁介质，可 壁(包括磁屏蔽等)的振动，要比硅钢片的磁致伸缩的 以认为介质的磁导率只与其体积密度有关。 铁心振动小得多，可以忽略。变压器的噪声主要取决 式(1)中的磁场力体积力密度为矢量形式，将其 于铁心振动辐射噪声。但是随着变压器单台容量的不 分解成沿直角坐标的三个分量，经推导可得: 断扩大，研究人员发现负载电流引起的噪声(如负载 fx=器[gHxZ-答二(一AalTl小 电流在磁屏蔽中产生的噪声等)在变压器本体噪声中 所占的比例越来越大，现在新的IEC标准已要求测负 aaA(HX,,)+aZA(H.Hx) 载噪声。 本文首先讨论了变压器铁心振动的特点。通常变 fr会(，命·f1F}r2答(;一半小 压器的铁心由硅钢片叠制而成，由于每一叠片都与整 个绕组交链，所以所有叠片中的电磁场都相同，因此 aA(H,Hx) ，，‘ 分析单片硅钢片的振动特性具有重要意义。本文将电 介aA(%)+ya(laHyHx)+ 磁场理论与弹性力学理论相交叉，选取变压器铁心单 片硅钢片为研究对象，建立描述电力变压器铁心电磁 aaZ}IXx2_答二(一TaT)} 振动的数学模型。需要说明的是，文中所述的建模方 法不仅仅适用于电力变压器，也适用于其它与变压器 引人应力概念，磁场力也可写成张量形式: 广 具有相似磁路结构的电力设备。 l