Transformatorruis: oorzaken, metingen, factoren en reductiemethoden

Transformator geluidis iets waar ingenieurs en facility managers vaak mee te maken krijgen, vooral in onderstations, industriële installaties, commerciële gebouwen, duurzame energieprojecten en andere energiedistributiefaciliteiten. Dat bekende lage zoemende geluid lijkt misschien onschuldig, maar als een transformator dichtbij kantoren, woonwijken, ziekenhuizen of andere geluidsgevoelige locaties- wordt geïnstalleerd, kan zelfs een bescheiden toename van het geluid een reëel probleem worden.

Dus waar weltransformator geluideigenlijk vandaan? En wat kan er gedaan worden om dit te verminderen?

Het antwoord beperkt zich niet tot detransformator kern. Kerntrillingen, windingen, tanks, koelventilatoren, oliepompen, structurele resonantie en zelfs de manier waarop geluid door een gebouw reist, kunnen allemaal een rol spelen. In de praktijk betekent het onder controle krijgen van transformatorgeluid dat we naar het hele systeem moeten kijken in plaats van ons op slechts één onderdeel te concentreren.

Bronnen van transformatorruis

Transformatorruis komt voornamelijk uit twee gebieden:het transformatorlichaam en zijn koelapparatuur. Voor een typische transformator die onder normale omstandigheden werkt, geldt demagnetische kernis een van de belangrijkste geluidsbronnen. Bij grotere transformatoren met geforceerde koeling kunnen ventilatoren en oliepompen echter ook behoorlijk wat geluid veroorzaken.

Transformatorlichaamsgeluid

Het meest herkenbare transformatorgeluid is het gestage zoemende of zoemende geluid dat door de transformator wordt geproduceerdkern.

Wanneer wisselstroom door de transformatorwikkelingen vloeit, ontstaat er een wisselende magnetische flux in de kern. Terwijl het magnetische veld verandert, ondergaan de siliciumstaalplaten in de kern extreem kleine maatveranderingen. Dit effect wordt genoemdmagnetostrictie.

De beweging is klein, maar gebeurt herhaaldelijk en kan ervoor zorgen dat de kern gaat trillen. Deze trillingen reizen door de kernklemmen, structurele componenten, tank en andere delen van de transformator. Uiteindelijk stralen de trillende oppervlakken geluid uit naar de omringende lucht.

Wikkelingenkan ook bijdragen aan transformatorgeluid. Tijdens bedrijf werken elektromagnetische krachten op de wikkelingen en kunnen mechanische trillingen veroorzaken. Als een structureel onderdeel los zit of slecht wordt ondersteund, kan het nog meer trillen en het oorspronkelijke geluid versterken.

Met andere woorden: het geluid dat u buiten de transformator hoort, komt mogelijk niet alleen van één component. Verschillende kleine trillingsbronnen kunnen zich combineren en het algehele geluid veel opvallender maken.

Lawaai van koelapparaten

Koelapparatuuris een andere belangrijke geluidsbron, vooral bij grote olie--transformatoren.

Afhankelijk van het transformatorontwerp kan de koeling bestaan ​​uit ventilatoren, radiatoren, oliepompen of een combinatie van deze componenten. Koelventilatoren genereren aerodynamisch geluid terwijl de bladen draaien en lucht verplaatsen. Motoren en lagers kunnen extra mechanische trillingen veroorzaken.

Oliepompen veroorzaken hun eigen mechanische en hydraulische geluid terwijl ze isolerende olie door het koelsysteem circuleren.

Voor een natuurlijk gekoelde transformator zijn deze bronnen doorgaans beperkt. Voor een transformator die geforceerde-lucht- of geforceerde-oliekoeling gebruikt, kan het koelsysteem echter een aanzienlijk deel van het totale geluidsniveau gaan uitmaken.

Voortplantingspad van transformatorruis

Transformatorgeluid verspreidt zich niet eenvoudigweg van de bron rechtstreeks naar de omringende lucht. Er zijn verschillende mogelijke paden.

Mechanische trillingen kunnen zich verplaatsen van de kern en wikkelingen naar klemmen, de tank, radiatoren, fundering en daarmee verbonden structuren. Zodra deze componenten beginnen te trillen, kunnen ze zich gedragen als geluid-uitstralende oppervlakken.

Er is ook luchtgeluid van koelventilatoren, pompen en andere externe apparatuur. Nadat het geluid de omringende ruimte is binnengedrongen, kan het worden gereflecteerd door muren, vloeren, plafonds, gebouwen en andere harde oppervlakken.

Daarom kan geluidsbeheersing soms een beetje lastig zijn. Een transformator kan een acceptabel geluidsniveau hebben als hij onder gecontroleerde omstandigheden wordt getest, maar aanzienlijk luider klinken nadat hij in een bepaald gebouw of onderstation is geïnstalleerd.

Een praktische manier om naar het probleem te kijken is:

Geluidsbron → structurele transmissie → geluidsstraling → omgeving

Elke fase is belangrijk.

Meting van transformatorruis

Voordat ingenieurs het geluid van transformatoren proberen te verminderen, hebben ingenieurs betrouwbare metingen nodig. Verschillende akoestische parameters beschrijven verschillende aspecten van geluid, dus het kiezen van de juiste meetmethode is belangrijk.

Geluidsdrukniveau

Geluidsdrukniveau (SPL)beschrijft de variatie in luchtdruk veroorzaakt door geluid op een specifiek meetpunt. Het wordt normaal gesproken uitgedrukt in decibel of dB.

Het belangrijkste om te onthouden is dat de geluidsdruk afhangt van waar de meting wordt uitgevoerd. Verplaats de microfoon verder weg van de transformator en de gemeten waarde zal normaal gesproken veranderen. Ook muren, reflecties, achtergrondgeluiden en de omgeving kunnen het resultaat beïnvloeden.

Geluidsintensiteitsniveau

Geluidsintensiteit verwijst naar de hoeveelheid akoestische energie die door een oppervlakte-eenheid gaat.

Metingen van de geluidsintensiteit kunnen nuttig zijn wanneer ingenieurs individuele geluidsbronnen moeten lokaliseren. Ze kunnen bijvoorbeeld helpen bepalen of het meeste geluid afkomstig is van de transformatortank, koelventilatoren of een ander onderdeel.

Dit maakt de geluidsintensiteit bijzonder nuttig bij het oplossen van problemen met een transformator met onverwacht veel ruis.

Geluidsvermogensniveau

Geluidsvermogensniveauvertegenwoordigt de totale akoestische energie die door een transformator wordt uitgezonden.

In tegenstelling tot het geluidsdrukniveau is het geluidsvermogen minder afhankelijk van de afstand tussen de transformator en de meetapparatuur. Dit maakt het handig bij het vergelijken van verschillende transformatoren of het vaststellen van geluidsspecificaties voor apparatuur.

Voor fabrikanten en kopers kan geluidsvermogen een meer consistente manier bieden om de daadwerkelijke akoestische output van een transformator te beschrijven.

Luidheidsniveau en gelijke luidheidscurven

Niet alle geluiden worden door het menselijk oor even goed waargenomen.

Een laag-geluid en een hoog-geluid kunnen hetzelfde fysieke geluidsdrukniveau hebben, maar klinken mogelijk niet even luid voor iemand die in de buurt staat. Dit is waargelijke luidheidscurvennuttig worden.

Ze beschrijven hoe het menselijk gehoor reageert op verschillende frequenties. Dit is van belang voor transformatorruis, omdat het gezoem van de transformator vaak relatief sterke laag-componenten bevat.

Geluid meten is dus één ding. Begrijpen hoe mensen dat geluid daadwerkelijk waarnemen, is iets anders.

Transformatorruis gemeten met een-gewogen methode

DeEen-gewogen methode, uitgedrukt als dB(A), past de geluidsmetingen aan op basis van de frequentierespons van het menselijk gehoor.

Dit is de reden waarom geluidslimieten voor elektrische apparatuur en omgevingsgeluidsbeoordelingen vaak gebruik maken van dB(A). Een transformator kan een relatief sterke laag-component hebben, maar het A-gewogen resultaat houdt meer rekening met de frequenties waarvoor mensen gevoeliger zijn.

Bij het evalueren van transformatorgeluid in een daadwerkelijke installatie is het daarom nuttig om zowel de ruwe akoestische kenmerken als het A-gewogen geluidsniveau te begrijpen.

Factoren die van invloed zijn op transformatorruis

Er is geen enkele reden waarom de ene transformator stiller is dan de andere. Kernmateriaal, magnetische fluxdichtheid, kernstructuur, productiekwaliteit, mechanische constructie, bedrijfsomstandigheden en resonantie kunnen allemaal een verschil maken.

Invloed van magnetostrictie van siliciumstaalplaten op transformatorgeluid

Magnetostrictieis een van de hoofdoorzaken van transformatorkernruis.

Terwijl de magnetische flux in de kern verandert, ondergaan de siliciumstaalplaten kleine maatveranderingen. Deze veranderingen vinden voortdurend plaats tijdens AC-bedrijf en veroorzaken mechanische trillingen.

De mate van magnetostrictie hangt af van de eigenschappen van het elektrische staal, de richting van het materiaal, de magnetische fluxdichtheid en de bedrijfsomstandigheden.

Het gebruik van elektrisch staal van hoge-kwaliteit met geschikte magnetische eigenschappen kan de kerntrillingen helpen verminderen. Het ontwerp van de transformator moet ook de magnetische fluxdichtheid binnen het beoogde werkingsbereik houden. Als de kern magnetisch te hard wordt geduwd, kan de ruis toenemen, samen met andere ongewenste effecten.

Invloed van de kernstructuur op transformatorruis

De kernconstructie heeft een directe invloed op het transformatorgeluid.

Kerngeometrie, gewrichtsontwerp, klemopstellingen en de manier waarop magnetische krachten worden verdeeld, hebben allemaal invloed op trillingen. Een goed ontworpen kern helpt de mechanische beweging onder controle te houden.

Moderne transformatorontwerpen maken vaak gebruik van geoptimaliseerdestap-lapkernverbindingen en verbeterde structurele arrangementen. Deze benaderingen kunnen zowel kernverliezen als trillingen helpen verminderen.

Het gaat niet alleen om het materiaal zelf. De manier waarop materiaal wordt ontworpen en geassembleerd, is net zo belangrijk.

De impact van het kernassemblageproces op transformatorgeluid

De kwaliteit van de productie kan een verrassend groot verschil maken in het geluid van transformatoren.

Slecht stapelen van lamellen, onjuiste uitlijning van de verbindingen, overmatige mechanische spanning of onvoldoende klemming kunnen ervoor zorgen dat de kern meer gaat trillen dan verwacht.

Het assemblageproces vereist daarom een ​​zorgvuldige controle. Kernlamineringen moeten op de juiste manier worden behandeld, verbindingen moeten nauwkeurig worden uitgelijnd en de klemdruk moet correct worden ingesteld.

Te weinig klemming kan ongewenste bewegingen veroorzaken. Te veel klemming is ook niet noodzakelijkerwijs beter, omdat overmatige mechanische belasting ook de trillingseigenschappen van de kern kan beïnvloeden.

De impact van resonantie op transformatorruis

Resonantie kan een anderszins beheersbare trilling veel erger maken.

Elke structurele component heeft natuurlijke frequenties. Als de door de transformator gegenereerde excitatiefrequentie in de buurt van een van deze eigenfrequenties komt, kunnen de trillingen sterk toenemen.

Transformatortanks, radiatoren, klemmen, funderingen en andere structurele onderdelen kunnen allemaal verschillende resonantiekarakteristieken hebben. Als er eenmaal resonantie optreedt, kan zelfs een relatief kleine excitatiekracht een veel grotere trillingsrespons veroorzaken.

Een goed structureel ontwerp, passende demping en trillingsisolatie kunnen helpen de resonantie onder controle te houden.

Maatregelen om transformatorruis te verminderen

Het verminderen van transformatorruis werkt meestal het beste als verschillende methoden samen worden gebruikt. Ingenieurs kunnen beginnen bij de geluidsbron, vervolgens de structurele trillingen beheersen en uiteindelijk de geluidsoverdracht door de omgeving aanpakken.

Lichaamsgeluid verminderen

De eerste benadering is het verminderen van trillingen van de transformator zelf.

Kernruis verminderen

Kerngeluid kan worden verminderd door geschikt elektrisch staal, geoptimaliseerd kernontwerp, nauwkeurige montage en goede mechanische klemming.

Het is ook belangrijk om de transformator binnen de gespecificeerde magnetische fluxdichtheid te houden. De productie van hoge-kwaliteit helpt losse lamellen, slechte verbindingen en andere omstandigheden die de trillingen kunnen vergroten, te voorkomen.

Voor transformatorfabrikanten betekent dit dat de geluidsbeheersing al begint lang voordat de transformator de installatielocatie bereikt.

Vermindering van het geluid van tanks en structurele componenten

De transformatortank kan een verrassend effectief geluid-oppervlak worden vanwege zijn relatief grote oppervlak.

Tankversterking, geoptimaliseerde paneelconstructies, verbeterde mechanische verbindingen en trillingsdempende-materialen kunnen de hoeveelheid geluid die door de tank wordt uitgestraald, verminderen.

Trillingsisolatie tussen de transformator en de fundering kan ook helpen. Flexibele verbindingen kunnen nuttig zijn wanneer mechanische trillingen zich anders naar nabijgelegen constructies zouden kunnen verspreiden.

Vermindering van het geluid van het koelapparaat

Koelsystemen mogen niet over het hoofd worden gezien, vooral bij grote stroomtransformatoren.

Vermindering van het geluid van de koelventilator

Koelventilatoren met weinig-geluid, geoptimaliseerde bladontwerpen, geschikte ventilatorsnelheden en trillingsgeïsoleerde-montage kunnen allemaal helpen het ventilatorgeluid te verminderen.

Onderhoud is ook belangrijk. Een beschadigd of ongebalanceerd ventilatorblad, versleten lagers of slecht uitgelijnde motor kunnen veel meer trillingen veroorzaken dan een goed onderhouden ventilator.

Vermindering van het geluid van de eigen-koelingswarmteafvoer

Natuurlijk gekoelde transformatoren hebben over het algemeen minder mechanische geluidsbronnen omdat ze niet afhankelijk zijn van aangedreven koelventilatoren of oliepompen.

Het radiatorontwerp en de structurele stijfheid zijn echter nog steeds van belang. Goed ontworpen radiatoren kunnen trillingen en onnodige geluidsstraling helpen beperken, terwijl de effectieve warmteafvoer behouden blijft.

Vermindering van het geluid van de oliepomp

Voor geforceerde-oliekoelsystemen is de selectie van-geluidsarme oliepompen een belangrijk onderdeel van de geluidsbeheersing van transformatoren.

Er moet allemaal rekening worden gehouden met de pompmotor, lagers, het oliestroompad en de uitlijning van de installatie. Regelmatig onderhoud kan ook abnormale trillingen voorkomen die worden veroorzaakt door slijtage van componenten of slechte bedrijfsomstandigheden.

Het nemen van geluidsisolatiemaatregelen langs het voortplantingspad

Soms is de transformator zelf al redelijk stil, maar door de installatieomgeving wordt het geluid meer merkbaar.

In deze gevallen kan langs het voortplantingspad geluidsisolatie worden toegevoegd. Akoestische barrières, geluiddichte wanden, transformatorbehuizingen en speciaal ontworpen transformatorruimtes kunnen de directe geluidsoverdracht onderbreken.

Er is één belangrijk addertje onder het gras: het akoestische ontwerp moet nog steeds voldoende ventilatie en warmteafvoer mogelijk maken. Een volledig gesloten transformator is misschien stiller, maar als de koelprestaties eronder lijden, ontstaat er een veel groter probleem.

Het nemen van geluidsdempingsmaatregelen langs het voortplantingspad

Geluidsdemping kan bestaan ​​uit trillingsisolatie, akoestische absorptie, dempingsconstructies en andere maatregelen die bedoeld zijn om geluid te verminderen voordat het gevoelige gebieden bereikt.

Anti-trillingspads kunnen de trillingsoverdracht via de fundering beperken. Flexibele verbindingen kunnen de overdracht van mechanische trillingen naar verbonden structuren verminderen. Geluid-absorberende materialen kunnen het gereflecteerde luchtgeluid in transformatorruimten verminderen.

Voor onderstations in de buurt van woongebouwen, kantoren, ziekenhuizen, scholen of andere geluidsgevoelige gebieden- moeten deze maatregelen idealiter in de ontwerpfase worden overwogen.

Het proberen op te lossen van een geluidsprobleem nadat de transformator al is geïnstalleerd, is meestal ingewikkelder-en vaak duurder.

Conclusie

Transformator geluidkomt van meer dan het bekende gezoem van de magnetische kern. Magnetostrictie, kronkelende trillingen, koelventilatoren, oliepompen, structurele componenten en resonantie kunnen allemaal bijdragen aan het uiteindelijke geluidsniveau. De omgeving en de manier waarop trillingen zich door de installatie verplaatsen, kunnen de situatie nog ingewikkelder maken.

Voor transformatorfabrikanten zoalsYawei-transformator, effectieve geluidsbeheersing begint bij de basis: geschikt elektrisch staal, geoptimaliseerd kernontwerp, nauwkeurige montage, betrouwbare mechanische constructie en goed-ontworpen koelapparatuur.

Van daaruit kunnen installatiemethoden zoals trillingsisolatie, geluidsisolatie, akoestische barrières en geluidsdemping extra bescherming bieden.

Het doel is niet simpelweg om een ​​transformator op papier stiller te maken. Een werkelijk geluidsarme-transformator zou goed moeten presteren in de echte wereld, waar apparatuur de ruimte deelt met mensen, gebouwen en andere elektrische systemen. Daarom moet rekening worden gehouden met transformatorgeluid vanaf het ontwerp en de productie tot en met de installatie en het gebruik.

Neem nu contact op