電抗器鐵芯振動(dòng)噪聲分析研究
作者:威博特鐵芯 發(fā)布時(shí)間:2019-03-30 15:05:42 瀏覽次數(shù): 迄今為止,振動(dòng)噪聲控制仍是鐵芯電抗器的2個(gè)世界性問題之一,雖然已有一些成熟的理論和技術(shù)改進(jìn)措施,但從數(shù)值模擬角度完整實(shí)現(xiàn)其振動(dòng)噪聲描述,從而達(dá)到減振降噪目的的研究還很少,正是基于此,以某電器公司生產(chǎn)的干式串聯(lián)鐵芯電抗器(以下簡稱為電抗器)為研究對(duì)象,用多物理場有限元方法對(duì)電抗器的鐵芯進(jìn)行振動(dòng)噪聲分析。
鐵芯振動(dòng)噪聲分析
分析模型
采用 ANSYS APDL 參數(shù)化設(shè)計(jì)語言對(duì)電抗器鐵芯及周圍磁場進(jìn)行建模。其中,鐵芯、氣隙材料、線圈以及鐵芯周圍的空氣采用 SOLID117 單元,鐵芯、氣隙和線圈材料采取掃掠方式進(jìn)行六面體單元?jiǎng)澐?,鐵軛和空氣采取自由網(wǎng)格進(jìn)行單元?jiǎng)澐?。電抗器鐵芯有限元模型和鐵芯磁場有限元模型分別,如圖 1 所示。
研究表明:以結(jié)構(gòu)噪聲為主的設(shè)備,結(jié)構(gòu)表面聲壓和結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)速度成正比。表面振動(dòng)法正是利用這個(gè)正比關(guān)系,建立結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)速度與表面聲壓之間的關(guān)系。當(dāng)電抗器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí),鐵芯表面振動(dòng)速度和輻射的聲功率可認(rèn)為有如下關(guān)系
1、鐵芯振動(dòng)速度有限元分析
鐵芯瞬態(tài)響應(yīng)分析采用圖 1 的有限元模型,載荷為電磁力,底部采用條形基礎(chǔ)進(jìn)行約束,響應(yīng)分析時(shí)間 0.1s,步長 0.001s,通過有限元分析得到各點(diǎn)的速度曲線,圖 1 中 1 至 5 點(diǎn)的速度曲線,如圖 2 所示。
聲壓是大氣壓受到擾動(dòng)后產(chǎn)生的變化,聲壓的測量比較容易實(shí)現(xiàn),它隨時(shí)間變化,實(shí)測聲壓是它的有效值,表示聲壓大小的指標(biāo)稱為聲壓級(jí)。由于聲壓級(jí)隨距離和環(huán)境的改變而改變,所以為了準(zhǔn)確表示某機(jī)器的噪聲源特性,常常選用噪聲源聲功率級(jí)這一恒量來表示。同時(shí)由于聲功率級(jí)和聲壓級(jí)之間有特定的函數(shù)關(guān)系,若想通過聲功率級(jí)來評(píng)價(jià)鐵芯的噪聲大小,需先建立結(jié)構(gòu)—聲場耦合有限元模型,模型半徑取 3m,中間聲場采用 FLUID30單元,鐵芯結(jié)構(gòu)—聲場耦合模型,如圖 3 所示。
在噪聲實(shí)際測量中,一般不只在一個(gè)點(diǎn)處測量聲壓級(jí),而是在一個(gè)假想的包圍聲源的測量表面上選取若干個(gè)點(diǎn)測量聲壓級(jí),然后用這些點(diǎn)的平均聲壓級(jí)來計(jì)算聲功率級(jí)。前面已經(jīng)提過聲壓級(jí)和聲功率級(jí)之間是有一個(gè)函數(shù)關(guān)系的,通過聲壓級(jí)得到的聲功率級(jí)雖然在聲音響度的變化上符合人耳的聽覺特性,但仍然是對(duì)聲音能量的客觀描述,在實(shí)際測量中,聲級(jí)值是對(duì)以上客觀聲級(jí)通過計(jì)權(quán)后得到的。多年實(shí)踐證明,用 A 聲級(jí)來評(píng)價(jià)噪聲大小,與人們的感覺基本一致,目前國內(nèi)外都使用 A 聲級(jí)或等效 A聲級(jí)來評(píng)價(jià)噪聲。測量平面選擇半球面,取半球面上均勻?qū)ΨQ分布的 11 個(gè)點(diǎn)測得聲壓級(jí),由公式(2)得到平均聲壓級(jí),再由公式(6)得到聲功率級(jí),對(duì)其進(jìn)行 A 計(jì)權(quán),得到 A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)和 A 計(jì)權(quán)聲功率級(jí)。平均聲壓級(jí) Lp-可按下式計(jì)算:
參考以上聲壓級(jí)的測量方法[6][7],可以提取半球面上若干點(diǎn)的聲壓幅值的實(shí)部和虛部值,根據(jù)公式,求出聲壓的幅值 PA,這里我們通過傅立葉變換可以直接得到 PA,再根據(jù)公式,求出聲壓的有效值 Pe,再對(duì)這些點(diǎn)的聲壓有效值作平均,求出它們的平均有效聲壓值 Pe。
再根據(jù)聲功率級(jí)的定義公式: