COMSOL变压器噪声仿真

1. 研究背景

       

变压器噪声是由本体结构设计、选型布局、安装、使用过程中，变压器本体及冷却系统产生的不规则、间歇、连续或随机引起的机械噪声及空气噪声总和。变压器所产生的噪声广泛影响住宅小区、商业中心、轻站、机场、厂矿、企业、医院、学校等场所。具体来说，变压器噪声共有三个声源，一是铁心，二是绕组，三是冷却器，即空载、负载和冷却系统引起噪声之和。铁心产生噪声原因是构成铁心硅钢片交变磁场作用下，会发生微小变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁心随励磁频率变化做周期性振动，铁心磁致伸缩变形和绕组、油箱及磁屏蔽内电磁力所引起。绕组产生振动原因是电流绕组中产生电磁力，漏磁场也能使结构件产生振动。电磁噪声产生原因是磁场诱发铁心叠片沿纵向振动产生噪声，该振动幅值与铁心叠片中磁通密度及铁心材质磁性能有关，而与负载电流关系不大。电磁力(和振动幅值)与电流平方成正比，而发射声功率与振动幅值平方成正比。

2. 模型介绍

     如模型示意图所示， 本模型为单相变压器，电源电压为25V正弦交流电，频率为50Hz，初级线圈绕组数为300匝，求解变压器在工作过程中由于软铁磁致伸缩所带来的噪声问题。

图1 几何模型示意图

3. 物理场选择及边界条件设置

      本模型主要选择了COMSOL中的磁场模块、电路模块、固体力学、压力声学模块进行多物理场耦合，详细的物理场选择及边界条件设置如图2所示。

图2 详细的物理场选择及边界条件设置

4. 结果展示

图3 绕组电流分布

图4 铁芯内部磁场

图5 铁芯磁致伸缩变形

图6 铁芯周围声压分布

图7 铁芯振动动图

文章来源：iCAE