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電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障監(jiān)測(cè)方法原理（上）
作者：威博特鐵芯 發(fā)布時(shí)間：2019-03-30 15:06:10 瀏覽次數(shù)： 1、鐵芯振動(dòng)的機(jī)理
鐵芯的振動(dòng)是由于磁致伸縮和電磁力產(chǎn)生的。磁致伸縮是指磁性材料在磁場(chǎng)中磁化時(shí)其機(jī)械尺寸沿不同方向發(fā)生的變化。磁性材料中磁疇方向隨著磁化方向的改變是產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象的原因。除磁致伸縮，硅鋼片在正弦變化的磁場(chǎng)中還存在磁滯現(xiàn)象，即磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化關(guān)系構(gòu)成非單值的磁滯回線(xiàn)。設(shè)硅鋼片長(zhǎng)度變化為λ，與磁化強(qiáng)度M的關(guān)系可近似表示為λ(M)=a1M2+a2M4，其中a1和a2為常數(shù)。若H為50Hz(中國(guó)電網(wǎng)頻率)正弦波，由于M和H之間的非線(xiàn)性關(guān)系和磁滯回線(xiàn)關(guān)于原點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)性，M中含有50Hz基波和奇次項(xiàng)高次諧波。根據(jù)上述的λ-M關(guān)系式，磁滯伸縮引起的機(jī)械振動(dòng)以100Hz為基頻，并含有100Hz的高次諧波。磁致伸縮一般分為兩個(gè)過(guò)程，分別是磁疇90°布洛赫壁的移動(dòng)和磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁疇的旋轉(zhuǎn)發(fā)生在磁場(chǎng)接近飽和的階段，產(chǎn)生更大的振動(dòng)。
鐵芯的振動(dòng)是由于磁致伸縮和電磁力產(chǎn)生的。磁致伸縮是指磁性材料在磁場(chǎng)中磁化時(shí)其機(jī)械尺寸沿不同方向發(fā)生的變化。磁性材料中磁疇方向隨著磁化方向的改變是產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象的原因。除磁致伸縮，硅鋼片在正弦變化的磁場(chǎng)中還存在磁滯現(xiàn)象，即磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化關(guān)系構(gòu)成非單值的磁滯回線(xiàn)。設(shè)硅鋼片長(zhǎng)度變化為λ，與磁化強(qiáng)度M的關(guān)系可近似表示為λ(M)=a1M2+a2M4，其中a1和a2為常數(shù)。若H為50Hz(中國(guó)電網(wǎng)頻率)正弦波，由于M和H之間的非線(xiàn)性關(guān)系和磁滯回線(xiàn)關(guān)于原點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)性，M中含有50Hz基波和奇次項(xiàng)高次諧波。根據(jù)上述的λ-M關(guān)系式，磁滯伸縮引起的機(jī)械振動(dòng)以100Hz為基頻，并含有100Hz的高次諧波。磁致伸縮一般分為兩個(gè)過(guò)程，分別是磁疇90°布洛赫壁的移動(dòng)和磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁疇的旋轉(zhuǎn)發(fā)生在磁場(chǎng)接近飽和的階段，產(chǎn)生更大的振動(dòng)。
為了減小渦流損耗，鐵芯一般由硅鋼片疊積而成，疊成的鐵芯用夾緊件固定。心柱和鐵扼疊片的連接一般采用多斜接縫的形式，以減輕諸如單斜接縫帶來(lái)的額外噪聲。這種疊積式的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)鐵芯振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生比較大的影響，以多斜接縫結(jié)構(gòu)為例分析鐵芯振動(dòng)的情況。硅鋼片間存在3種電磁力：
1)由于層內(nèi)的磁通造成的層間排斥力；
2)接縫處硅鋼片尾部層內(nèi)或心柱與鐵扼間的電磁吸引力；
3)接縫處硅鋼片尾部層間吸引力。
其中2)和3)分別由層內(nèi)磁通在磁通飽和情況下穿過(guò)層內(nèi)空氣間隙和硅鋼片尾部的法向磁通(見(jiàn)圖1)造成的。法向磁通會(huì)造成該位置的磁致伸縮增大。此外，硅鋼片微小的不規(guī)則性以及硅鋼片之間的摩擦都會(huì)影響鐵芯的振動(dòng)特性。在磁場(chǎng)接近飽和的情況下，接縫處的磁場(chǎng)分布復(fù)雜(接縫處空氣間隙中的磁通只有在較強(qiáng)磁場(chǎng)下產(chǎn)生)，產(chǎn)生各種復(fù)雜的電磁力。圖1表示了接縫處法相磁通Bz，空氣間隙磁通Bg以及硅鋼片的不規(guī)則性。上述這些因素造成了鐵芯振動(dòng)的增加和振動(dòng)的復(fù)雜性。
鐵芯壓緊力變化對(duì)鐵芯振動(dòng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是壓緊力對(duì)磁滯回線(xiàn)的影響，其主要原因是壓緊力對(duì)磁疇壁釘扎的影響。鐵芯壓緊的方式對(duì)于硅鋼片產(chǎn)生的應(yīng)力屬于拉應(yīng)力(考慮鐵芯的主要振動(dòng)方向)，試驗(yàn)結(jié)果表明，拉應(yīng)力減小導(dǎo)致M-H曲線(xiàn)的斜率和剩磁都有所減小，但這個(gè)影響較小，可以忽略。二是機(jī)械結(jié)構(gòu)特性的變化對(duì)鐵芯振動(dòng)的影響。壓緊力變小導(dǎo)致鐵芯層間間隙增大，振動(dòng)阻尼降低，磁場(chǎng)分布更加復(fù)雜，產(chǎn)生的電磁力容易激發(fā)硅鋼片的固有振動(dòng)模態(tài)，使得硅鋼片間的碰摩加劇，鐵芯振動(dòng)的沖擊特性增強(qiáng)。