基于ANSYS Workbench的变压器振动噪声仿真分析

干式变压器振动噪声的先进仿真分析：理论、流程与应用


引言

随着技术的不断进步以及市场需求的持续增长，变压器作为电力系统中的关键设备，其性能的高效与稳定至关重要。特别地，变压器的运行稳定性，包括散热效果、噪声水平、振动控制及短路能力等，直接关系到系统的可靠性和效率。在电站设备中，变压器不仅功耗大，同时作为重要噪音源，其噪声问题一直受到设计师的广泛关注。本研究将基于《GB/T 1094.10 变压器声级测定》标准，结合变压器在额定负载运行条件下的实际情况，利用ANSYS Workbench平台，实现对变压器的噪声进行全面的仿真分析。旨在深入探究噪声产生的机理，并在设计阶段预估噪声水平，为降低变压器噪声提供科学依据。

噪声分析理论基础


电磁分析基础

电磁场理论以麦克斯韦方程组为核心，数值方法在此领域的应用正变得日益普遍且高效。ANSYS Maxwell平台采用有限元法对电磁场进行建模分析，首先将求解区域离散化为个体单元，然后根据 Maxwell 方程对每个单元进行电磁场的求解。这一过程为后续的噪声分析奠定了基础，通过对电磁力的分布进行准确模拟，为结构响应分析和噪声分析提供必要的物理激励。

结构分析基础




在完成电磁分析后，通过对得到的电磁力分布进行傅立叶变换，可以得到各谐波分量的幅值和相位角大小，进而将其视为简谐激励源，通过谐响应分析来研究结构的振动特性。这一过程涉及结构的运动控制方程，通过对假设的电磁力进行简谐变化的建模，可以计算得到在特定频率下结构的振动响应，为后续噪声分析提供必要的物理参数。

噪声分析基础

噪声分析通常基于声学有限元法，通过求解声学 Helmholz 方程来计算声场的传播。建模时需考虑介质参数，如传播速度和密度，通过声波连续方程、运动方程以及物态方程来推导得到紧密传播的基本声学方程。在进行实际的声场分析时，需要将电磁场分析中得到的结构表面振动速度作为声学分析中的边界条件，结合ANSYS Workbench平台的耦合功能，最终实现对噪声的精确模拟和计算。

干式变压器振动噪声分析流程


1. 电磁场分析：将干式变压器的电磁模型导入ANSYS Maxwell，设定材料参数（如铁芯、绕组材料）和边界、初始条件，执行电磁场求解任务。

2. 结构分析：基于Maxwell求解结果，通过APS进行硬度材料的定义和网格化处理，设定谐响应分析范围（如0~1000Hz），在微动响应环境中设定底座固定约束，然后导入电磁力，分析得到的质点振动速度。

3. 噪声分析：使用Acoustics模块构建包括振动速度导入的声场分析模型，综合考虑空气域网格划分与空气参数输入，设置耦合分析任务，分别在前后面和侧面对特定频率下的声压进行分析计算，并根据《GB/T 1094.10》标准进行噪声评估。

4. 结果说明与讨论：依据仿真结果，分析干式变压器在工作情况下的噪声分布特性，比较不同位置和频率下的声压水平，并基于给定标准计算最终的噪声测量值。