铁心电抗器的振动分析及减振研究

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铁心电抗器的振动噪声问题比较严重,该振动噪声问题不仅会造成噪声污染,而且还会影响电抗器的使用寿命。因此,如何降低电抗器的振动噪声逐渐成为国内外学者研究的重点。但目前的减振方法多集中在被动减振方面,无法从根源上减小电磁振动。针对此问题,本文的主要工作如下:(1)电抗器铁心的振动特性分析建立电抗器铁心的磁-机械耦合模型,通过有限元分析得到基波电流激励下电抗器的铁心磁场、应力和振动加速度,得到了电抗器在基波下的电磁振动规律;并从功率角度对电抗器振动特性进行分析,根据磁场在未饱和之前铁心振动加速度与输入功率变化率峰值成正比的关系推导出铁心电抗器的振动加速度与激励电流的平方对时间的二阶导数成正比,为后续电抗器的减振分析提供理论基础。(2)提出一种基于谐波注入的主动减振方法根据基波叠加不同阶次谐波后电流的平方对时间的二阶导数峰值的变化,本文提出在基波激励的基础上叠加三次和五次反向谐波激励的方法来减小电抗器铁心的振动加速度;建立基于遗传算法的电抗器注入谐波激励的最优化数学模型,计算出不同基波电流激励下使输入功率变化率最小时对应的最优的三次和五次谐波注入量;搭建基于谐波注入的电抗器输入功率变化率的采集电路,得到谐波注入前后输入功率变化率随时间的变化曲线,并计算出了注入谐波后功率变化率的平均幅值减小量。(3)基于谐波注入法的铁心电抗器减振的仿真研究为了更加精确的研究谐波注入前后电抗器的振动特性及减振效果,在建立的基于谐波注入的电抗器铁心的磁-机械耦合减振模型的基础上,利用有限元分析对注入谐波前后电抗器铁心的振动特性进行对比分析,得出在不影响电抗器正常工作的情况下,注入谐波后电抗器铁心表面各点振动加速度幅值有了明显的减小,证明了基于谐波注入的主动减振方法的可行性。(4)对铁心电抗器样机的振动特性进行实验研究搭建铁心电抗器的振动测试平台,测得不同基波电流激励下注入谐波前后电抗器的振动情况,并计算得出谐波注入后电抗器的综合平均减振效果。验证了所建模型的正确性以及该主动减振方法的可行性,为电抗器的减振降噪提供了新方法。
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