牵引变压器噪声探索分析

何泽海　钟珩　韩波

摘 要：文章对牵引变压器的噪声来源进行了介绍，分析了变压器本体与冷却系统对变压器噪声的影响，并提出了相应的降噪措施。

关键词：牵引变压器；冷却系统；噪声

1 概述

牵引变压器是动车组与机车的关键核心系统，它是列车牵引供电系统中不可或缺的电气设备，将电网的电压转换成列车牵引变流器的整流输入电压，利用它可以把不同的电气设备连接在一起，组成复杂的列车牵引系统。近些年来，随着高速、重载铁路运输事业的大力发展，铁路逐渐改变人们的生活，人们对列车由最基本的安全性要求转移至舒适性要求上，对列车的乘坐舒适性要求也越来越高，如图1所示，作为重要部件的变压器的噪声也受到了高度的重视。

2 牵引变压器的噪声来源及影响

2.1 噪声来源

牵引变压器组成部件包括器身（铁心、绕组、绝缘、引线）、变压器油、油箱和冷却系统、保护装置（继电器、储油柜及温度传感装置等）和出线装置。牵引变压器的噪声包含变压器本体噪声与冷却系统装置噪声，如图2所示。

（1）变压器本体铁心磁致伸缩与磁通不均产生；包含两个因素：一是由硅钢片磁致伸缩效应而引起的噪声；二是铁心接缝处磁力线发生畸变和铁心中磁通分布不均在硅钢片间产生噪声。（2）变压器冷却系统的冷却风机与油泵叶轮切割周围的介质（油和空气）而强迫冷却介质流动产生；冷却风机噪声包括空气动力性噪声和机械噪声，其中空气动力性噪声为风机的主要噪声，它分为旋转噪声和涡流噪声，旋转噪声是由旋转的叶片周期性地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生；涡流噪声是风机叶片转动时，其周围高速氣流中将引起涡流，这些涡流由于粘滞力的作用，又会分裂成一系列小涡流，涡流在叶片界面或叶顶间隙处的移动和分裂使气流发生扰动，使气体产生压缩和稀疏，以声波的形式传播所形成。机械噪声主要由机壳辐射噪声和驱动电机电磁噪声。

2.2 变压器本体与冷却系统装置的噪声对变压器噪声的影响

冷却风机运行时变压器本体的噪声将被冷却风机噪声覆盖，冷却风机关与开两种情况下变压器A计权噪声如表1所示，可知变压器噪声主要受冷却系统冷却风机的噪声影响。

3 变压器噪音改善措施

3.1 改善本体噪声

采用优质硅钢片材质。在相同的磁通密度条件下，采用高导磁取向硅钢片代替普通晶粒取向硅钢片可降低噪声[1]，综合考虑经济成本条件下选择优质材料的铁心硅钢片。改善叠片结构。冷轧取向硅钢片磁通性能的具有各向异性，由于铁心中磁通密度分布的不均匀性，铁心不同区域段的磁致伸缩是不均匀的。采用斜接缝代替直接接缝结构，可降低铁心的磁致伸缩效应产生的噪声。优化油箱结构。适当提高油箱强度，合理设计油箱加强筋、内部器身的安装位置与变压器整体安装座相对位置。同时通过焊接工艺控制，减少与油箱连接不平的连接件，使安装部件及邮箱受力均匀化；通过采取以上措施，可有效地降低箱壁的噪声向外传递。

3.2 优化冷却系统冷却装置

对于采用强迫油循环风冷方式的牵引变压器，冷却系统产生的噪声是变压器噪声来源。可通过控制冷却设备噪声得以实现。

（1）优化设计冷却风机。在保证冷却风机要求的风量和风压前提下，优化叶片形式使叶轮形状适应空气动力学特性，减少冷却风机的切割空气流产生的强迫振动，优化叶轮外缘与风筒外壳之间的间隙，优化轴流风机静动叶片数量，对于离心风机可优化蜗舌及其与叶轮之间的距离[2]，降低风机旋转噪声和涡流噪声。（2）进出风口或风道降噪设计。对噪声的控制主要有隔声、吸声和阻尼消声。吸声——风道或风机内部设置吸声材料。吸声材料，对入射声能有吸收作用的材料。吸声材料主要用于控制和调整混响时间，消除回声，广泛用于降低通风空调等管道的噪声。吸声材料按其物理性能和吸声方式可分为多孔性吸声材料和共振吸声结构两大类。后者包括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、薄板吸声结构和柔顺材料等。阻尼消声——阻尼材料涂于结构材料表面，形成阻尼隔离层。当声波振动传来时，阻尼消音层也随之振动，其内部的分子不断产生相对位移，由于其内摩擦阻力很大，导致振动量大大消耗，不断转化为热能，从而达到降噪的目的。隔声——通过设置隔声结构或隔声构件，吸收或反射部分声能，由于反射与吸收的结果，从而降低噪声的传播。（3）风机采用变级控制。因为列车在低速运转下或进站时本身的噪声相对较小，对于牵引变压器可通过将冷却风机设计为变级控制，实现列车在低速条件下或进站情况下低转速档位运行实现低噪声。（4）风机吊挂采用阻尼减振器。风机吊挂采用弹性悬挂，减少冷却风机的噪声向外传播。（5）采用油循环自冷式冷却装置。对于与变压器本体一体化的油浸自冷式变压器，采用自然风冷却，可减少因冷却风机产生的噪声[3]，因此可在满足冷却功率及安装空间条件下采用油浸自冷式变压器。

4 结束语

变压器的噪声主要为冷却系统的噪声，因此降低变压器噪声可通过优化冷却系统冷却装置的噪声以实现牵引变压器的降噪。

参考文献

[1]周贤士.中小型变压器噪声（上）[Z].上海变压器厂，2006（11）：1-9.

[2]蔡兆林.风机噪声及控制[D].华中理工大学，1993（12）：23-26.

[3]顾晓安，沈荣瀛，徐基泰.国外变压器噪声研究的动向[J].变压器，2002，39（6）：33-38.

作者简介：何泽海（1984-），南车株洲电机有限公司，从事牵引变压器设计与研发工作。