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電力變壓器鐵芯松動故障監(jiān)測方法原理（上）
作者：威博特鐵芯 發(fā)布時間：2019-03-30 15:06:10 瀏覽次數(shù)： 1、鐵芯振動的機理
鐵芯的振動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中磁化時其機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中還存在磁滯現(xiàn)象，即磁化強度M和磁場強度H的變化關(guān)系構(gòu)成非單值的磁滯回線。設(shè)硅鋼片長度變化為λ，與磁化強度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(中國電網(wǎng)頻率)正弦波，由于M和H之間的非線性關(guān)系和磁滯回線關(guān)于原點的對稱性，M中含有50Hz基波和奇次項高次諧波。根據(jù)上述的λ-M關(guān)系式，磁滯伸縮引起的機械振動以100Hz為基頻，并含有100Hz的高次諧波。磁致伸縮一般分為兩個過程，分別是磁疇90°布洛赫壁的移動和磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁疇的旋轉(zhuǎn)發(fā)生在磁場接近飽和的階段，產(chǎn)生更大的振動。
鐵芯的振動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中磁化時其機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中還存在磁滯現(xiàn)象，即磁化強度M和磁場強度H的變化關(guān)系構(gòu)成非單值的磁滯回線。設(shè)硅鋼片長度變化為λ，與磁化強度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(中國電網(wǎng)頻率)正弦波，由于M和H之間的非線性關(guān)系和磁滯回線關(guān)于原點的對稱性，M中含有50Hz基波和奇次項高次諧波。根據(jù)上述的λ-M關(guān)系式，磁滯伸縮引起的機械振動以100Hz為基頻，并含有100Hz的高次諧波。磁致伸縮一般分為兩個過程，分別是磁疇90°布洛赫壁的移動和磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁疇的旋轉(zhuǎn)發(fā)生在磁場接近飽和的階段，產(chǎn)生更大的振動。
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的額外噪聲。這種疊積式的機械結(jié)構(gòu)對鐵芯振動會產(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層內(nèi)空氣間隙和硅鋼片尾部的法向磁通(見圖1)造成的。法向磁通會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影響鐵芯的振動特性。在磁場接近飽和的情況下，接縫處的磁場分布復(fù)雜(接縫處空氣間隙中的磁通只有在較強磁場下產(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的增加和振動的復(fù)雜性。
鐵芯壓緊力變化對鐵芯振動產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在兩個方面。一是壓緊力對磁滯回線的影響，其主要原因是壓緊力對磁疇壁釘扎的影響。鐵芯壓緊的方式對于硅鋼片產(chǎn)生的應(yīng)力屬于拉應(yīng)力(考慮鐵芯的主要振動方向)，試驗結(jié)果表明，拉應(yīng)力減小導(dǎo)致M-H曲線的斜率和剩磁都有所減小，但這個影響較小，可以忽略。二是機械結(jié)構(gòu)特性的變化對鐵芯振動的影響。壓緊力變小導(dǎo)致鐵芯層間間隙增大，振動阻尼降低，磁場分布更加復(fù)雜，產(chǎn)生的電磁力容易激發(fā)硅鋼片的固有振動模態(tài)，使得硅鋼片間的碰摩加劇，鐵芯振動的沖擊特性增強。