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关于变压器噪音与电晕问答

2005-05-17 09:07:27 来源:《国际电子变压器》2005年5月刊

1引言
编辑部和一些变压器技术专家曾几次收到过读者询问变压器噪音解决办法及变压器电晕的检测问题。为此,笔者征求了部分科研生产第一线的变压器科技工作者的意见,他们谈了一些自己的实践经验,笔者同时翻阅了一些资料,现做一点综合说明,算作答疑。
2变压器的噪音问题
2.1变压器的噪音产生原因及对策
2.1.1铁心制造方面的原因(主要指C型铁心)
a.铁心片间因没有胶合牢固而留下不等的间隙,通电后形成铁心片的机械振动(磁场不均匀所致)而产生噪音。一般是胶合剂的粘性达不到技术标准,应采用合格的高质量的胶合漆;另一种可能是钢片(带)清洗不到位,留有油污和其它颗粒类杂质,使片间不能充分结合。所以钢片(带)的清洁工作必须到位;三则可能是钢片(带)的平整度超差,影响到粘合时钢片(带)的密切结合与粘合牢度。
b.铁心切割或磨削时造成端面部位的胶合破坏,形成端面钢片面间的分层,因此在工作时产生振动。造成这种状况的通常因素是切割操作不当及刀具和夹具的原因。解决问题的办法是细心而正确的装夹,同时保证夹具、刀具能满足切割需要。
c.铁心切割磨削时造成端面平整度差,装配后端面不密合,工作时产生撞击噪音。这是机械加工设备与刀具(砂轮)的性能不符合工艺要求。所以需要调整。因此问题引出的另一个问题是铁心应该在生产时“配对”,并在装配过程中以正确的方向插入线圈。
d.优选采购。大多数变压器生产厂家所使用的铁心是市场采购的。现在生产铁心的工厂很多,他们在选用材料和制作工艺上有较大的差异,所以其成品质量良莠不齐。质量差的铁心装配成变压器,产生噪声则很难避免。所以变压器厂家一定要把握好铁心采购环节,选优采购。
2.1.2变压器装配过程中形成的原因
a.铁心打包不紧不牢,这是常见的装配缺陷。主要有如下现象:打包钢带未拉紧,箍带与铁心间的间隔较大,有松动感;铁心与底座间明显歪斜、松动。出现这种情况,主要应注意改善设备、工具和操作方法;对铁心与底座松动歪斜,可以垫绝缘纸板将其塞牢。
b.装配时铁心端面带入了“杂物”,如尘埃、异物等颗粒物及油污等。所以,装配时应保证有净化的环境、规范的操作程序。同时,绕组的引线位置要保证与设计图纸符合不致造成引线歪斜、弯折。
c.在生产线上的输送中产生的一些撞击也可能形成某些变形,带来产生噪声的因素。
2.1.3变压器装机后的原因
变压器装上机器后,可能因其机箱、底座以及所在位置等原因产生振动形成噪声。
a.保证机箱、底座的足够强度、刚度。
b.如果是与机器产生共振噪音,可以用加固变压器底座和垫加减振橡皮等。
c.如果是机箱结构原因或安装位置问题,致使磁场分布的原因产生噪声,则应以进一步的试验与测试来找出根源,克服噪声。
2.1.4电晕噪声
变压器在设计制造中的一些缺陷,会产生工作中的电晕,从而出现电晕噪声,电晕噪声经常伴有或大或小的电火花,因此判别它比较容易。解决电晕噪声一般从设计与制造上采取措施。
3电子变压器的电晕试验与检测
3.1读者提出的问题
有位自谓入行不久的读者来信说,在《电子变压器技术》期刊上读了几篇有关“电晕”的文章。其中谈到:①电子变压器的电晕放电,并且可能继而发展成为飞弧、爬电、击穿,从而使变压器的使用寿命大大缩短甚至完全破坏。即使没有这么严重,那么放电现象产生的电磁场必将会对电子设备的电信号产生干扰,影响设备的工作质量。作为基础元件而对本身所在的系统造成不良后果,不能不说这是自己的严重质量问题。②这些文章谈到,电晕现象在电子变压器的质量指标判处中是这样规定的:“我国采用的IEC国际标准和美国的UL1410-1989(电视机)、UL14111987(变压器)、UL1270-1986(收录机)认证标准,它们规定试验一分钟,应无击穿与飞弧,而出现电晕或类似现象不应作为不合格判据。”由此读者注意到,变压器工作者并未忽略过电晕问题,变压器的制造与质量检测过程中是要进行电晕试验与检测的。但如何具体检测,既然又把“电晕或类似现象不应作为不合格判据”,那么掌握什么尺度电晕才被判为“质量问题”?
3.2电晕的试验与检测
3.2.1接到读者的问题后,笔者经请教与查阅资料,认为中国电子学会元件分会电子变压器专业委员会曾编印的《电子变压器基本知识问答》中,对“电晕”检测试验问题有完整的阐述,故转摘如下,作为对读者的回应。
3.2.2为什么要进行电晕试验
a.电晕对有机绝缘材料或无机绝缘材料都有许多害处,最主要的是损坏绝缘性能、缩减绝缘系统的寿命。例如电缆纸浸绝缘漆后,如在产生电晕时的电压下工作,其电性能寿命在50Hz工作频率下约为2300小时;再如醇酸玻璃布,在起晕电压下,50Hz工作时,其电寿命为1800-2000小时,远远满足不了电子变压器要求有10万小时工作寿命的要求。
b.在空气中,电晕要产生臭氧(O3)以及氮的氧化物。臭氧(O3)是一种强氧化剂,对大部分绝缘材料都会起化学作用、尤其对高分子聚合物材料的腐蚀作用十分严重。而氮的氧化物遇到水(湿)气时会形成硫酸与亚硫酸,可能使无机绝缘材料造成机械脆裂,也对有机绝缘材料产生化学腐蚀作用,并且对金属材料如导线等的腐蚀也是严重的。
c.电晕的另一个严重问题是产生高频电磁场,这会对其所在的设备系统产生干扰,影响系统的正常工作。
d.变压器在其工作电压低于300V时不可能产生电晕,故不必进行电晕试验,因而只要对300V以上的进行电晕试验。
3.2.3如何进行电晕试验
a.电晕试验的基本测试电路
图1为电晕试验的基本测试电路。
图中:BX——保险丝;
 k1——双刀单掷开关;
 B1——调压器;
 B2——无电晕放电的升压变压器;
 B3——被测变压器;
 L1——电感(25mH   f=76KHz时,Q≈150);
 C1——高压油电容器。
注:(1)C1的直流工作电压不低于最高试验电压(交流有效值)的五倍。
(2)C1的电容量可近似在按以下关系选取;

式中,C1——高压油电容器容量,μf;
 P2——升压变压器额定功率,W;
 U2——升压变压器次级电压,V;
 f——电源频率,Hz。
当f=50Hz时,
b.电晕试验附加电路
图2为电晕试验附加电路。
图中,L2、L4——电感(200mH  f=76KHz时,Q≈150)
L3——电感(25mH  f=76KHz时,Q≈150)
C2——电容(200Pf,250V)
C3——电容(51Pf,250V)
注:(1)附加电路中的各元件和基本电路中的L1均装入密封金属罩内屏蔽,罩内不得有其它高压源,金属罩应接地;
(2)罩上装高频插座,引出线用装有高频插头的高频电缆连续引出;
(3)L1、L3的制作数据:磁心:罐型N×D1-200,Gu26×16,AL=630,中心柱上的空气隙为0.15mm;线圈:200圈、QZ0.27。
(4)L2、L4的制作数据;
磁心:罐型N×D1-200,Gu26×16,AL=630,中心柱上的空气隙为0.15mm;线圈:564圈、QZ0.15。
c.试验设备的灵敏度检查
试验设备的检查一般定期进行,在有效期内如对其性能和灵敏有疑问,可以及时进行校验。
对基本电路进行灵敏度检查的方法如图3所示。首先断开高压电源,按图示的位置接入方波信号——用一般脉冲信号发生器提供该信号,其频率为1KHz±10%,峰——峰幅值为1V,前沿<1μs,输出阻抗<100Ω,并串入10PF的充电电容。在A、B二点间轮流接以容量为100PF、220PF、400PF、680PF、1000PF的电容器,此时示波器上出现如图4所示的信号,其幅值均不应小于10mm。
注意,如果不能保证CX=100~1000PF范围内的灵敏度都符合要求,则可以不按上述方法作其灵敏度检查,而应以被测试样接入A、B二点间后,用上述方法检查灵敏度。
d.试验设备的自晕情况检查
检查方法如图3电路所示,在A、B两点间接入容量为100~1000PF的高压电容器并对地架空,断开方波信号接通电源,将高压调到规定值,观察示波器应无电晕放电信号,则说明试验设备没有自晕。试验时,试样的每组线圈应各自短路。如果需要重复试验,则每两次试验之间至少应间隔1分钟。
注意,试验时,被测试样的铁心、外壳、屏蔽层均不能接地,而应与低压线圈接通后再接至B点。被测试样应该架空,不能直接放在金属板或其它接地的机壳上,其高压线圈应接至高点。
电晕放电信号波形大致如图5所示。

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