1. 研究背景

       

變壓器噪聲是由本體結構設計、選型布局、安裝、使用過程中，變壓器本體及冷卻系統產生的不規則、間歇、連續或隨機引起的機械噪聲及空氣噪聲總和。變壓器所產生的噪聲廣泛影響住宅小區、商業中心、輕站、機場、廠礦、企業、醫院、學校等場所。具體來說，變壓器噪聲共有三個聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負載和冷卻系統引起噪聲之和。鐵心產生噪聲原因是構成鐵心硅鋼片交變磁場作用下，會發生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率變化做周期性振動，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內電磁力所引起。繞組產生振動原因是電流繞組中產生電磁力，漏磁場也能使結構件產生振動。電磁噪聲產生原因是磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動產生噪聲，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質磁性能有關，而與負載電流關系不大。電磁力(和振動幅值)與電流平方成正比，而發射聲功率與振動幅值平方成正比。

2. 模型介紹

     如模型示意圖所示， 本模型為單相變壓器，電源電壓為25V正弦交流電，頻率為50Hz，初級線圈繞組數為300匝，求解變壓器在工作過程中由于軟鐵磁致伸縮所帶來的噪聲問題。

圖1 幾何模型示意圖

3. 物理場選擇及邊界條件設置

      本模型主要選擇了COMSOL中的磁場模塊、電路模塊、固體力學、壓力聲學模塊進行多物理場耦合，詳細的物理場選擇及邊界條件設置如圖2所示。

圖2 詳細的物理場選擇及邊界條件設置

4. 結果展示

圖3 繞組電流分布

圖4 鐵芯內部磁場

圖5 鐵芯磁致伸縮變形

圖6 鐵芯周圍聲壓分布

圖7 鐵芯振動動圖

文章來源：iCAE