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技术文章—变压器振动噪声仿真分析

文章作者:使用说明 上传时间:2020-02-08

  随着市场需求严苛程度不断提高,变压器容量增大,其运行稳定性成为了用户关注度极高的问题。变压器性能包括散热、噪声、振动、抗短路能力等众多因素,变压器作为电站主要设备之一,并且是变电站主要噪声源设备是研究的重点,因此变压器的噪声问题一直是设计人员关注的重点。本文中根据GB/T 1094.10变压器声级测定标准,结合变压器额定负载运行工况,基于ANSYS Workbench平台实现了变压器噪声分析,从而在噪声产生机理上进行深入研究,不仅可以在变压器设计阶段预估噪声值,还可以为有效降低变压器噪声提供科学依据。

  本次分析首先在MAXWELL进行电磁场分析,求解完成后,对电磁力进行FFT变换,在workbench平台利用耦合功能,将其导入Mechanical进行简谐振动分析,得到质点振动速度,再将其导入ANSYS Acoustics声学仿真模块,求解声压波动方程,进行声场分析,得到最后的噪声计算结果,并根据GB/T 1094.10进行评定。

  在mechanical中进行分析前,首先根据提供的材料在Engineer Data中输入材料数据,由于谐响应分析是线性分析类型,并且变压器结构在实际工作中也不允许超出屈服强度,因此此处以线弹性材料进行简化输入。网格划分过程中,实体单元以四面体、六面体混合。根据实际工作,扫频范围设置为0~1000Hz。加载时,根据变压器实际安装位置,将下部的底座框架施加固定约束。具体操作如下:

  噪声分析利用ANSYS专业噪声仿真模块Acoustics。噪声分析需要输入声音在介质中的传播速度及介质密度等参数,此处介质为空气,在Engineer Data中输入相应数据即可。噪声分析由于主要分析声音在介质中传播现象,因此需要设置空气域。由于变压器与空气接触部分几何复杂,因此对空气域采用四面体网格划分方式。基于ANSYS Workbench耦合平台,将上一步谐响应分析计算得到的质点振动速度导入噪声分析中,作为激励源。通过计算可以得到不同频率下的声压情况,由于输入正弦激励,频率为50Hz,而一次交流过程中会有两次信号达到峰值,因此振动分析的基础频率为100Hz。因此可以查看100,200,300等倍频噪声情况,此分析中仅截止到1000Hz。计算完成后,根据GB/T 1094.10变压器声级测定标准,后处理中提取相关轮廓线处A计权声压,并计算平均值,得到最终结果。

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  图(01)是Unitrode公司(已被德州仪器公司并购)生产的UC1525A(与UC2535A、UC3525A相同,变压器的ln三个型号仅工作温度范围不同)开关电源控制芯片用变压器驱动半桥的电路。图中Q1和Q2为功率开关MOS管,T1为驱动变压器,T2为功率输出的主变压器。图(01)图(01)中我们见到驱动变压器T1具有两个次级,反相驱动两个功率开关MOS管Q1和Q2。与上次贴出的SG3525经变压器驱动半桥电路不同之处,主要是变压器初级两端各有一支二极管接地。无论是并联推挽(即两个功率开关管通过初级具有中心抽头的输出变压器耦合),半桥(可称为串联推挽),还是全桥,两个功率开关管(对全桥来说是对角线上两个开关管为一组,两组开关管

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  ,T3=t1+t2,t1为半个波头,时间比较好算,对于50Hz的交流来说,t1=5mS,然后就是计算t2,其实t2也很好计算,我们知道交流输入电压的公式为Vx=Vpksinθx,根据已知条件,Vx=103V,Vpk=127V,变压器的ln可以得到θx=54度,所以t2=54*10ms/180=3mS,T3=t1+t2=8mS。C=1.7*8/24=0.57mF=570uF变压器的设计过程变压器的设计分别按照DCM、CCM、QR两种方式进行计算,其实QR也是DCM的一种,不同的地方在于QR的工作频率是随着输入电压输出功率的变化而变化的。对于变压器磁芯的选择,比较常用的方法就是AP法,但经过多次具体设计及根据公司常用型号结合,一般可以直接

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