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电抗器铁芯控制噪声的措施
作者：威博特铁芯 发布时间：2019-03-30 15:05:47 浏览次数：掌握结构声辐射机理是进行结构噪声优化控制的首要任务。根据电抗器铁芯噪声分析中的公式（1），降低表面声辐射的途径有：（1）降低表面声辐射系数；（2）减少声辐射面积；（3）降低表面质点速度。辐射系数是振动表面几何尺寸和振动频率的函数，减少声辐射面积受限于铁芯的整体结构设计。因此，降低结构声辐射有效的方法是降低质点振动速度。而质点振动是把结构作为物理系统对激励力的响应。因此，研究结构振动产生机理有助于有效的提出降低质点振动速度的措施。结构的振动位移响应可由下式表达：
式中：［H（f）］—结构相对于激励力的频响函数傅立中变换矩阵；｛F（f）｝—施加在结构上的激励力的傅立叶变换；［X（f）］—结构在激励力作用下的响应位移的傅立叶变换。
由式（7）可知，结构振动响应取决于激励力和频率响应函数，两者之一在某一频率出现峰值，则振动响应在该频率出现峰值。因此，降低结构振动响应的措施有：（1）减少激励力的幅值；（2）避免激励力频率与结构固有频率的重合或靠近；（3） 提高结构刚度或阻尼。欲减小激励力的幅值，需降低铁芯中的磁密。根据文献[8]，串联铁芯电抗器的磁密一般控制在（0.8～1.2）T，如果降低太多，则会大大增加制造成本，这表明措施（1）已不现实。
因此，通过提高结构刚度来避免共振，是控制振动的主要措施。据文献[9]可知，结构体固有频率提高，刚性增强，动变形降低，有利于降低振动和噪声。因此，把提高结构体刚度的问题转化为如何提高结构体的固有频率。为了实现这一目的，从以下两个方面进行了分析：（1）铁芯自身 结构电抗器铁芯是一个比较复杂的结构体，影响其固有频率的因素很多，就结构本身的参数来说，主要有铁饼直径、铁饼高度、铁轭高度及柱间距离四个因素。当电抗器的容量确定以后，生产厂家一般会根据自身生产工艺及成本，对铁饼直径和铁饼高度进行确定，其他工艺参数也通常根据它们进行选取，当改变铁饼直径和铁饼高度事，整个电抗器结构将会发生较大的变化，所以只考虑铁轭高度和柱间距离对固有频率的影响。结合铁芯实际结构，选取 0.291m、0.301m、0.321m、0.331m四高度值，对其进行模态分析，发现铁轭高度的降低会提高铁芯的固有频率；柱间距离选取 0.455m、0.46m、0.47m、0.475m 四个值，模态分析后发现减小柱间距离会提高铁芯的固有频率。（2）约束条件 结构体的约束对其固有频率有较大的影响。实际电抗器安装运行时只有两个条形基础，对铁芯底部增加约束后进行模态分析，发现约束后铁芯的固有频率有所提高。
电抗器铁芯控制噪声措施的效果
通过上面的改进措施，重新对铁芯结构进行建模，并对磁-结构-声场的耦合场进行模拟分析，结果分析表明改进后的噪声得到了有效的控制。
改进后的上轭表面 1-5 点的振动速度曲线，如图 5 所示。与图2 改进前进行比较。通过速度曲线对比发现，改进后上轭表面 5 点的振动速度均有所下降，铁芯结构的振动得到了一定程度的抑制。
由式（7）可知，结构振动响应取决于激励力和频率响应函数，两者之一在某一频率出现峰值，则振动响应在该频率出现峰值。因此，降低结构振动响应的措施有：（1）减少激励力的幅值；（2）避免激励力频率与结构固有频率的重合或靠近；（3） 提高结构刚度或阻尼。欲减小激励力的幅值，需降低铁芯中的磁密。根据文献[8]，串联铁芯电抗器的磁密一般控制在（0.8～1.2）T，如果降低太多，则会大大增加制造成本，这表明措施（1）已不现实。
因此，通过提高结构刚度来避免共振，是控制振动的主要措施。据文献[9]可知，结构体固有频率提高，刚性增强，动变形降低，有利于降低振动和噪声。因此，把提高结构体刚度的问题转化为如何提高结构体的固有频率。为了实现这一目的，从以下两个方面进行了分析：（1）铁芯自身 结构电抗器铁芯是一个比较复杂的结构体，影响其固有频率的因素很多，就结构本身的参数来说，主要有铁饼直径、铁饼高度、铁轭高度及柱间距离四个因素。当电抗器的容量确定以后，生产厂家一般会根据自身生产工艺及成本，对铁饼直径和铁饼高度进行确定，其他工艺参数也通常根据它们进行选取，当改变铁饼直径和铁饼高度事，整个电抗器结构将会发生较大的变化，所以只考虑铁轭高度和柱间距离对固有频率的影响。结合铁芯实际结构，选取 0.291m、0.301m、0.321m、0.331m四高度值，对其进行模态分析，发现铁轭高度的降低会提高铁芯的固有频率；柱间距离选取 0.455m、0.46m、0.47m、0.475m 四个值，模态分析后发现减小柱间距离会提高铁芯的固有频率。（2）约束条件 结构体的约束对其固有频率有较大的影响。实际电抗器安装运行时只有两个条形基础，对铁芯底部增加约束后进行模态分析，发现约束后铁芯的固有频率有所提高。
电抗器铁芯控制噪声措施的效果
通过上面的改进措施，重新对铁芯结构进行建模，并对磁-结构-声场的耦合场进行模拟分析，结果分析表明改进后的噪声得到了有效的控制。
改进后的上轭表面 1-5 点的振动速度曲线，如图 5 所示。与图2 改进前进行比较。通过速度曲线对比发现，改进后上轭表面 5 点的振动速度均有所下降，铁芯结构的振动得到了一定程度的抑制。
改进前后的声压级与声功率级，如图 6 所示，声压级和声功率级都有所下降，可以说，改进措施对降低铁芯由于结构本身造成的噪声取得了一定的效果。
本文通过 ANSYS 软件对电抗器铁芯振动噪声进行了多场耦合有限元分析，且研究了电抗器铁芯振动与噪声的关系，基于这种关系，从结构声辐射机理出发提出了抗振抑噪的措施，并对提出的措施进行数值模拟，所得结果与改进前结果进行对比后发现铁芯的振动与噪声均有所降低，收到了一定的效果，从而证明了改进措施具有一定的可行性。
本文通过 ANSYS 软件对电抗器铁芯振动噪声进行了多场耦合有限元分析，且研究了电抗器铁芯振动与噪声的关系，基于这种关系，从结构声辐射机理出发提出了抗振抑噪的措施，并对提出的措施进行数值模拟，所得结果与改进前结果进行对比后发现铁芯的振动与噪声均有所降低，收到了一定的效果，从而证明了改进措施具有一定的可行性。
铁芯问题延伸
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