高频变压器电磁场-结构力场-声场求解及特性分析

大容量高频变压器结构紧凑,工作频率为数百Hz到几十kHz,工作波形为方波等非正弦的特殊激励波形。高频变压器电磁、结构、声等多场耦合紧密,运行时出现严重的振动与噪声问题,对高频变压器振动与噪声特性进行精细分析对于其减振降噪具有重要意义。为此,该文首先建立高频变压器电磁场-结构力场-声场3维仿真求解模型,明确各物理场的载荷传递过程以及电磁和力学性能参数;然后,采用有限元法得到不同电压激励下变压器铁芯表面时域振动波形与噪声频域特性,并定量评估了纳米晶切割铁芯对受力特性的影响程度;最后,对1台5 kHz/10 kVA高频变压器的振动和噪声进行试验测试,得到正弦和方波电压激励下铁芯振动和噪声数据。由仿真与试验结果可知,高频变压器铁芯拐角处振动较为剧烈且周围产生的噪声也较大;相比于正弦波激励,非正弦波激励下的振动不仅集中发生在2倍频,还存在许多高次谐波分量,同时各个频率段声压级明显增加;不同波形激励下测量点声压级相对误差均在10%以内,验证了仿真模型的准确性。