基于硅鋼片磁致伸縮本質(zhì)模型的變壓器鐵芯振動問題研究.pdf

1、高電壓、大容量電力變壓器在運行時產(chǎn)生的劇烈振動，不僅會影響設備的正常運行和使用壽命、降低設備可靠性，而且振動產(chǎn)生的噪聲還會對人們的工作和生活產(chǎn)生不良影響。由于電網(wǎng)建設的需要，變壓器的電壓和容量等級不斷提升;而隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，原本處于郊區(qū)的變電站逐漸進駐市內(nèi)，使得電力變壓器的振動與噪聲問題日益嚴峻，亟需解決。
　　變壓器的噪聲來源于本體及冷卻裝置的振動，其中變壓器本體中鐵芯硅鋼片由于磁致伸縮而產(chǎn)生的振動是主因。國內(nèi)外學者對變壓器振

2、動及噪聲的研究也多是基于磁致伸縮現(xiàn)象。一般的研究思路是首先建立磁致伸縮模型，利用該模型可在已知鐵芯中磁場分布的情況下求得相應的磁致伸縮應變;然后將求得的磁致伸縮應變等效為磁致伸縮力，施加到變壓器鐵芯模型上，從而求得變壓器鐵芯在磁致伸縮作用下的振動變形。
　　現(xiàn)有的磁致伸縮模型主要針對磁致伸縮應變與磁場之間的復雜關(guān)系建模，沒有考慮其他影響因素尤其是外應力對磁致伸縮的影響;且模型本身多來源于實驗數(shù)據(jù)的擬合，并不具有物理意義，而且實驗數(shù)

3、據(jù)本身的局限性也限制了模型的適用范圍。而變壓器鐵芯所用晶粒取向性硅鋼片屬于鐵磁性材料，鐵磁性材料的磁致伸縮來源于磁化過程中磁疇的壁移與旋轉(zhuǎn)。晶粒取向性硅鋼片由于制造工藝的差異，其磁疇結(jié)構(gòu)不同于一般的鐵磁性材料，相應的磁致伸縮現(xiàn)象也不盡相同。本文介紹了晶粒取向性硅鋼片的磁疇結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實驗觀測現(xiàn)象對外磁場與預應力作用下的磁疇變化進行了分析，得到了晶粒取向性硅鋼片微觀磁疇結(jié)構(gòu)變化與宏觀磁致伸縮現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系;然后在此基礎上，從宏觀熱力學

4、出發(fā)，建立了適用于晶粒取向性硅鋼片的力磁耦合磁致伸縮本質(zhì)模型，該模型從磁致伸縮的物理發(fā)生機理出發(fā)，克服了現(xiàn)有模型來源于特定實驗數(shù)據(jù)擬合的缺點，具有通用性。
　　基于晶粒取向性硅鋼片的磁致伸縮本質(zhì)模型，本文開展了變壓器鐵芯的振動研究。研究主要包括變壓器鐵芯振動數(shù)學模型的建立以及仿真模型的搭建。實際運行中電力變壓器的測量結(jié)果表明，磁致伸縮將引起鐵芯平面內(nèi)與法向兩個方向的振動。因此在變壓器鐵芯振動數(shù)學模型中磁致伸縮效應被等效成了硅鋼片平