叠片铁心磁致伸缩效应对变压器、交流电机的振动噪声影响研究

为寻找降低电力变压器、交流电机等产品叠片铁心振动噪声的有效途径，本文从铁心振动的根源即磁致伸缩效应对铁心振动噪声进行分析计算。首先测量了硅钢片磁致伸缩特性，建立了考虑磁致伸缩效应的铁心磁-机械强耦合数值分析模型，基于该模型对叠片铁心进行了磁-机械-声场的多物理场分析和实验研究，从而为设计更低噪声叠片铁心提供分析、评价及实验方法。本文的主要研究工作如下： (1)基于爱泼斯坦方圈铁心结构，测量了变压器取向硅钢片铁心轧制方向、垂直轧制方向和电机用无取向硅钢片铁心的磁化和磁致伸缩特性。 (2)给出了磁致伸缩力的计算方法，编制了考虑磁致伸缩效应铁心磁-机械耦合有限元求解程序，计算了变压器铁心中磁场分布、磁致伸缩力及振动量的大小，实现了铁心磁致伸缩效应的定量分析,并与相关研究测量结果进行了对比，证明了计算方法的正确性。 (3)考虑叠片铁心磁致伸缩和磁化特性的各向异性，建立了叠片铁心三维磁-机械强耦合数值模型，基于该模型对干式电力变压器铁心进行了磁场、机械振动和周围声场的分析、振动和噪声测量实验，通过分析与实验测量结果相比较对建立数值模型和声场分析方法的正确性进行了验证。 (4)在变压器叠片铁心磁致伸缩及其振动噪声研究的基础上，提出采用柔性高磁导率软磁复合材料填充变压器搭迭间隙的方法对电磁噪声进行降噪，即采用疏导的方法降低铁心磁致伸缩引起的振动噪声。通过理论分析计算与实验测量验证了新方法的降噪效果。 (5)考虑硅钢片磁致伸缩效应对永磁同步变频电机的的铁心进行了磁场和应力场的耦合分析。分别分析了不同工作频率下铁心电磁力单独作用和磁致伸缩共同作用下铁心的振动变形，振动加速度，应变能密度分布等。最后对永磁同步变频电机进行了振动相关实验研究，获得了磁致伸缩效应对铁心振动的影响。 本文提出利用柔性高磁导率软磁复合材料填充变压器叠片铁心搭迭间隙的方法对电磁噪声进行降噪，这在国内外尚属首次。该项研究成果将为降低变压器叠片铁心电磁噪声提供一种可行的解决途径，并为设计和验证新的降噪措施提供理论依据。