變壓器振動噪聲仿真分析（一）
1 引言
隨著市場需求嚴苛程度不斷提高，變壓器容量增大，其運行穩定性成為了用戶關注度極高的問題。變壓器性能包括散熱、噪聲、振動、抗短路能力等眾多因素，變壓器作為電站主要設備之一，并且是變電站主要噪聲源設備是研究的重點，因此變壓器的噪聲問題一直是設計人員關注的重點。本文中根據GB／T 1094．10變壓器聲級測定標準，結合變壓器額定負載運行工況，基于ANSYS Workbench平臺實現了變壓器噪聲分析，從而在噪聲產生機理上進行深入研究，不僅可以在變壓器設計階段預估噪聲值，還可以為有效降低變壓器噪聲提供科學依據。
2 噪聲分析理論基礎
2．1電磁分析基礎
電磁場理論由麥克斯韋方程組（如下圖所示）來描述。求解方法上，數值法優于解析法，近年來電磁場數值解法在工程及科學研究上的應用也越來越廣泛和高效。電磁場的數值分析和計算通常歸結為求微分方程的解，對于偏微分方程，輔助邊界條件和初始條件即可獲得方程的定解。
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ANSYS Maxwell 采用有限元法，將求解區域離散化為”單元“，采用Maxwell方程進行求解。
2．2 結構分析基礎
通過電磁場分析得到鐵芯和繞組所受的電磁力分布，對其進行傅里葉變換，可以得到電磁力各諧波分量的幅值和相位角大小，將其作為簡諧激勵源，進行結構的諧響應分析。諧響應分析的運動控制方程為：
其中假設F和u做簡諧變化，則：
? ? ? ?2．3 噪聲分析基礎
采用聲學有限元法求解聲學Helmholtz方程來計算聲場。通過聲波的連續方程、運動方程、物態方程可以推導得到Helmholtz波動方程，進一步通過傅里葉變換可以得到均勻流體中傳播的基本聲學方程頻域形式為：
計算變壓器聲場分析需要將結構表面的振動速度導入聲學分析中作為邊界條件，聲學有限元系統方程形式為：
? ? ? ?2．4 耦合分析流程
本次分析首先在MAXWELL進行電磁場分析，求解完成后，對電磁力進行FFT變換，在workbench平臺利用耦合功能，將其導入Mechanical進行簡諧振動分析，得到質點振動速度，再將其導入ANSYS Acoustics聲學仿真模塊，求解聲壓波動方程，進行聲場分析，得到最后的噪聲計算結果，并根據GB／T 1094．10進行評定。
Figure．基于ANSYS Workbench的聲學仿真耦合流程
