CN109000869B - 一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法 - Google Patents

一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法，振动力特性测试系统包括基底和弹簧单元，所述基底的下部通过弹簧单元支承固定在地面上，所述弹簧单元包括多个并联布置的弹簧，所述基底的上表面中部设有用于安装被试变压器的安装座，所述基底上安装固定有加速度计；应用方法包括根据振动力＝加速度乘以(基底质量+变压器质量)确定振动力特性。本发明可获得变压器对基座的准确激励力，该激励力可表征变压器的固有振动源(力)特性，具有良好的理论基础，系统搭建简单易行，可作为变压器振动力特性测试标准方法，具有测试准确度高、测试简单方便、适用范围广泛的优点。

Description

一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及电气工程技术，具体涉及一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法。
背景技术
配电变压器用于将10kV电转变为220V居民用电。由于土地限制、景观、安全等多方面的原因，许多配电变压器被放置在居民楼内。配电变压器在运行时，其铁芯、绕组等部件会在电磁力的作用下发生振动，从而产生噪声。由于配电变压器保有量大，距离用户近，因此针对配电变压器的噪声投诉屡有发生。研究表明，居民楼中的配电变压器的噪声传播是通过空气和结构两种途径进行传播的，其中结构传声更为突出。所谓结构传声，指的是振动通过变压器的安装底座传播到建筑物基础，随后在建筑物的墙体、柱子、楼板中形成固体声波，并最终传播到居民家中。
目前配电变压器的噪声特性可依据《GB/T 1094.10-2003电力变压器第10部分：声级测定》进行测试，而振动源特性则尚无标准方法。因此，如何实现一种可作为变压器振动力特性测试标准方法的变压器振动力特性测试系统及其应用方法，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种变压器振动力特性测试系统及其应用方法，本发明可获得变压器对基座的准确激励力，该激励力可表征变压器的固有振动源(力)特性，具有良好的理论基础，系统搭建简单易行，可作为变压器振动力特性测试标准方法，具有测试准确度高、测试简单方便、适用范围广泛的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种变压器振动力特性测试系统，包括基底和弹簧单元，所述基底的下部通过弹簧单元支承固定在地面上，所述弹簧单元包括多个并联布置的弹簧，所述基底的上表面中部设有用于安装被试变压器的安装座，所述基底上安装固定有加速度计。
优选地，所述基底和弹簧单元构成的动力特性测试系统的固有频率为15Hz及以下。
优选地，所述安装座中安装有被试变压器，所述基底的重量为被试变压器的重量的10倍以上。
优选地，所述弹簧单元总体的弹性系数为5×107N/m～10×107N/m。
优选地，所述弹簧为低阻尼弹簧。
优选地，所述低阻尼弹簧为不锈钢弹簧。
本发明还提供一种前述变压器振动力特性测试系统的应用方法，实施步骤包括：
1)确定被试变压器的质量M1、基底的质量M2；并在所述基底的上表面中部的安装座中安装被试变压器；
2)在被试变压器运行过程中实时获取加速度计输出的加速度a，并根据式(1)计算得到被试变压器的振动力F，从而获得被试变压器的振动力特性测试结果；
F＝(M1+M2)a(1)
式(1)中，F为被试变压器的振动力，M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量，a为加速度计输出的加速度。
优选地，步骤2)中式(1)的确定步骤包括：
2.1)针对所述变压器振动力特性测试系统建议简化的弹簧质量系统的物理模型，所述弹簧质量系统的物理模型包括质量为M1的被试变压器和质量为M2的基底，且基底通过弹簧单元的简化弹簧模型支承固定在地面上，基于式(2)计算弹簧质量系统的共振频率f0；
式(2)中，K为弹簧单元总体的弹性系数，M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量；
2.2)根据质点振动学确定弹簧质量系统受承受竖直向下幅值为Fa的激励力受迫振动时，振动的加速度幅值aa如式(3)所示；
式(3)中，M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；因此根据式(3)可知加速度幅值aa的大小取决于被试变压器的质量M1、基底的质量M2、激励力的幅值Fa、力学品质因素Q、激励力频率f与固有频率f0的比值z；其中，力学品质因素Q的计算函数表达式如式(4)所示；
式(4)中，f0为固有频率，M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量，R表示弹簧单元的力阻；
2.3)考虑到被试变压器的振动频率主要为100Hz的基频和其谐频，因此激励力频率f与固有频率f0的比值z如式(5)所示；
式(5)中，f为激励力频率，f0为固有频率，n为正整数；根据式(3)可知，激励力频率f与固有频率f0的比值z为10的倍数，因此可将1/z2近似为等于0；考虑到弹簧单元的耗能很小，其力阻R取值很小，因此可将1/Q近似为等于0；基于上述近似考虑，将式(3)简化如式(6)所示；
式(6)中，M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；根据式(6)可知，Fa近似等于(M1+M2)aa，其中M1为被试变压器的质量，M2为基底的质量，aa为振动的加速度，从而确定被试变压器的振动力F的计算函数表达式如式(1)所示。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：(1)可获得变压器对基座的准确激励力，该激励力可表征变压器的固有振动源(力)特性。(2)该方法具有良好的理论基础，同时系统搭建简单易行。本发明可作为变压器振动力特性测试标准方法，具有测试准确度高、测试简单方便、适用范围广泛的优点。
附图说明
图1为本发明实施例变压器振动力特性测试系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中简化的弹簧质量系统的物理模型示意图。
图例说明：1、基底；2、弹簧单元；3、加速度计；4、被试变压器。
具体实施方式
下文将以某10KV的被试变压器4为例，对本发明变压器振动力特性测试系统及其应用方法进行进一步的详细说明。毫无疑问，本发明变压器振动力特性测试系统及其应用方法可以适用于其它各种电压等级的被试变压器4，在此不再赘述。
如图1所示，本实施例的变压器振动力特性测试系统包括基底1和弹簧单元2，基底1的下部通过弹簧单元2支承固定在地面上，弹簧单元2包括多个并联布置的弹簧，基底1的上表面中部设有用于安装被试变压器4的安装座，基底1上安装固定有加速度计3。
本实施例中，基底1和弹簧单元2构成的动力特性测试系统的固有频率为15Hz及以下(远小于100Hz)以下，具体地基底1和弹簧单元2构成的动力特性测试系统的固有频率为10Hz。
本实施例中，安装座中安装有被试变压器4，基底1的重量为被试变压器4的重量的10倍以上。本实施例中，被试变压器4的质量为1t，基底1的重量为20t，为被试变压器4的重量的20倍。
弹簧单元2总体的弹性系数一般为5×107N/m～10×107N/m。本实施例中，弹簧单元2总体的弹性系数具体为8.28×107N/m。
本实施例中，弹簧为低阻尼弹簧，具体地低阻尼弹簧采用不锈钢弹簧。
本实施例变压器振动力特性测试系统的应用方法的实施步骤包括：
1)确定被试变压器4的质量M1、基底1的质量M2；并在所述基底1的上表面中部的安装座中安装被试变压器4；
2)在被试变压器4运行过程中实时获取加速度计3输出的加速度a，并根据式(1)计算得到被试变压器4的振动力F，从而获得被试变压器4的振动力特性测试结果；
F＝(M1+M2)a (1)
式(1)中，F为被试变压器4的振动力，M1为被试变压器4的质量，M2为基底1的质量，a为加速度计3输出的加速度。
本实施例中，步骤2)中式(1)的确定步骤包括：
2.1)针对所述变压器振动力特性测试系统建议简化的弹簧质量系统的物理模型，如图2所示，该弹簧质量系统的物理模型包括质量为M1的被试变压器4和质量为M2的基底1，且基底1通过弹簧单元2的简化弹簧模型支承固定在地面上，基于式(2)计算弹簧质量系统的共振频率f0；
式(2)中，K为弹簧单元(2)总体的弹性系数，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量；本实施例中，被试变压器4的质量为1t，基底1的重量为20t，K＝8.28×107N/m，代入式(2)可算出弹簧质量系统的共振频率f0为10Hz。
2.2)根据质点振动学确定弹簧质量系统受承受竖直向下幅值为Fa的激励力受迫振动时，振动的加速度幅值aa如式(3)所示；
式(3)中，M1为被试变压器4的质量，M2为基底1的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；因此根据式(3)可知加速度幅值aa的大小取决于被试变压器4的质量M1、基底1的质量M2、激励力的幅值Fa、力学品质因素Q、激励力频率f与固有频率f0的比值z；其中，力学品质因素Q的计算函数表达式如式(4)所示；
式(4)中，f0为固有频率，M1为被试变压器4的质量，M2为基底1的质量，R表示弹簧单元2的力阻；
2.3)考虑到被试变压器4的振动频率主要为100Hz的基频和其谐频，因此激励力频率f与固有频率f0的比值z如式(5)所示；
式(5)中，f为激励力频率，f0为固有频率，n为正整数；根据式(3)可知，激励力频率f与固有频率f0的比值z为10的倍数，因此可将1/z2近似为等于0(假设n为1，则1/z2为1/100)；考虑到弹簧单元(2)的耗能很小，其力阻R取值很小，因此可将1/Q近似为等于0(本实施例中假设力阻R为1，则可算出力学品质因素Q为1.32×106，1/Q为1/(1.32×106))；基于上述近似考虑，将式(3)简化如式(6)所示；
式(6)中，M1为被试变压器4的质量，M2为基底1的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；根据式(6)可知，Fa近似等于(M1+M2)aa，其中M1为被试变压器4的质量，M2为基底1的质量，aa为振动的加速度，从而确定被试变压器4的振动力F的计算函数表达式如式(1)所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述变压器振动力特性测试系统包括基底(1)和弹簧单元(2)，所述基底(1)的下部通过弹簧单元(2)支承固定在地面上，所述弹簧单元(2)包括多个并联布置的弹簧，所述基底(1)的上表面中部设有用于安装被试变压器(4)的安装座，所述基底(1)上安装固定有加速度计(3)；所述应用方法的实施步骤包括：
1)确定被试变压器(4)的质量M1、基底(1)的质量M2；并在所述基底(1)的上表面中部的安装座中安装被试变压器(4)；
2)在被试变压器(4)运行过程中实时获取加速度计(3)输出的加速度a，并根据式(1)计算得到被试变压器(4)的振动力F，从而获得被试变压器(4)的振动力特性测试结果；
F＝( M1+ M2)a (1)
式(1)中，F为被试变压器(4)的振动力，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量，a为加速度计(3)输出的加速度。
2.根据权利要求1所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述基底(1)和弹簧单元(2)构成的动力特性测试系统的固有频率为15Hz及以下。
3.根据权利要求1所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述安装座中安装有被试变压器(4)，所述基底(1)的重量为被试变压器(4)的重量的10倍以上。
4.根据权利要求1所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述弹簧单元(2)总体的弹性系数为5×107N/m～10×107N/m。
5.根据权利要求4所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述弹簧为低阻尼弹簧。
6.根据权利要求5所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于：所述低阻尼弹簧为不锈钢弹簧。
7.根据权利要求6所述的变压器振动力特性测试系统的应用方法，其特征在于，步骤2)中式(1)的确定步骤包括：
2.1)针对所述变压器振动力特性测试系统建议简化的弹簧质量系统的物理模型，所述弹簧质量系统的物理模型包括质量为M1的被试变压器(4)和质量为M2的基底(1)，且基底(1)通过弹簧单元(2)的简化弹簧模型支承固定在地面上，基于式(2)计算弹簧质量系统的共振频率f0；
式(2)中，K为弹簧单元(2)总体的弹性系数，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量；
2.2)根据质点振动学确定弹簧质量系统受承受竖直向下幅值为Fa的激励力受迫振动时，振动的加速度幅值aa如式(3)所示；
式(3)中，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；因此根据式(3)可知加速度幅值aa的大小取决于被试变压器(4)的质量M1、基底(1)的质量M2、激励力的幅值Fa、力学品质因素Q、激励力频率f与固有频率f0的比值z；其中，力学品质因素Q的计算函数表达式如式(4)所示；
式(4)中，f0为固有频率，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量，R表示弹簧单元(2)的力阻；
2.3)考虑到被试变压器(4)的振动频率主要为100Hz的基频和其谐频，因此激励力频率f与固有频率f0的比值z如式(5)所示；
式(5)中，f为激励力频率，f0为固有频率，n为正整数；根据式(3)可知，激励力频率f与固有频率f0的比值z为10的倍数，因此可将1/z2近似为等于0；考虑到弹簧单元(2)的耗能很小，其力阻R取值很小，因此可将1/Q近似为等于0；基于上述近似考虑，将式(3)简化如式(6)所示；
式(6)中，M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量，Fa表示激励力的幅值，Q为力学品质因素，z为激励力频率f与固有频率f0的比值；根据式(6)可知，Fa近似等于(M1+M2)aa，其中M1为被试变压器(4)的质量，M2为基底(1)的质量，aa为振动的加速度，从而确定被试变压器(4)的振动力F的计算函数表达式如式(1)所示。
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