基于有限元分析与自适应信号处理的变压器降噪技术研究

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随着中国城市化进程的加快,需要在市区修筑更多的变电站,这些变电站产生的有害噪音已对人们的工作和生活造成了严重的困扰。因此,对变压器噪音抑制问题的研究有非常重要的现实意义。变压器噪音抑制的四种有效途径为内部结构改进、外部结构改进、隔音措施及有源噪音抑制。采取内部和外部结构改进是抑制变压器噪音的第一道屏障,但其噪音抑制效果有限及成本较高,所以实际中多采用后两者。  本文主要进行了两项工作:基于有限元分析的变压器隔声研究和有源噪音抑制自适应算法研究。  1.本研究内容包括变压器噪音仿真建模,通过有限元方法模拟空间的声场分布,探讨了变压器油箱内壁结构和材料改变对噪音声场的影响,通过分析得出仅在油箱内壁上做改变,不能有效地抑制变压器噪音的传播,噪音抑制效果达不到JB/T10088-2004标准。在此基础上,本研究进而进行了油箱外加隔声罩的仿真实验,分析隔声罩与变压器油箱之间所夹空气层厚度对隔声量的影响,计算得出了一个较优化的空气层厚度。在此空气层厚度下,发现多层结构隔声罩不比单层结构优越;增加单层隔声罩的厚度可以有效达到噪音抑制目标;并且发现加隔声罩后变压器噪音声场具有明显的指向性,变压器正前方向较难噪音抑制。这些结果对实际应用中的隔声罩设计有一定的参考意义。  2.对于有源自适应噪音抑制而言,随着通路数的增加,控制算法的算法复杂度将大幅增长,这对系统的实时实现带来困难。本文深入研究了基于Filter-X LMS算法的多通路快速算法性能及其实现。首先推导了单通路与多通路Filter-X LMS算法,并对算法的性能进行了简要的分析。接着提出了有源自适应噪音抑制快速算法的基本概念,再详细研究结构改进型和权系数快速迭代两大类快速算法的基本实现原理和运算步骤,并对各快速算法的算法复杂度进行了统计与比较。最后,对本文研究的各种快速算法进行电脑仿真,由仿真结果得出归一化快速抽取Filter-X LMS算法在噪音抑制量、收敛速度和算法复杂度上有较好平衡,可作为实际多通路有源自适应噪音抑制算法。
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