変圧器のノイズ：原因、測定、要因と低減方法

トランスノイズこれは、特に変電所、産業プラント、商業ビル、再生可能エネルギープロジェクト、その他の配電施設において、エンジニアや施設管理者がしばしば対処しなければならない問題です。聞き慣れた低いハム音は無害に思えるかもしれませんが、変圧器がオフィス、住宅地、病院、またはその他の騒音に敏感な場所の近くに設置されている場合、騒音がわずかに増加するだけでも深刻な問題になる可能性があります。-

それで、どこにありますか変圧器のノイズ本当にどこから来たの？そしてそれを減らすために何ができるでしょうか？

答えはこれに限定されませんトランスコア。コアの振動、巻線、タンク、冷却ファン、オイル ポンプ、構造共振、さらには建物内での音の伝わり方さえも、すべて影響を与える可能性があります。実際には、トランスのノイズを制御するには、1 つのコンポーネントだけに焦点を当てるのではなく、システム全体を検討する必要があります。

変圧器のノイズの発生源

変圧器のノイズは主に次の 2 つの領域から発生します。変圧器本体とその冷却装置。通常の条件下で動作する一般的な変圧器の場合、磁気コア最も重要なノイズ源の 1 つです。ただし、強制冷却を備えた大型の変圧器では、ファンとオイル ポンプによってかなりの騒音が発生する可能性があります。

トランス本体のノイズ

最も認識しやすいトランスの音は、トランスによって発生する定常的なハム音またはブーン音です。コア.

交流が変圧器の巻線を流れると、コア内に交流磁束が発生します。磁場の変化に応じて、コア内の珪素鋼板の寸法変化は極めて小さくなります。この効果はと呼ばれます磁歪.

この動きは小さいですが、繰り返し起こるため、コアが振動する可能性があります。これらの振動は、コア クランプ、構造コンポーネント、タンク、および変圧器の他の部分を通って伝わります。最終的に、振動する表面が周囲の空気に音を放射します。

巻線変圧器のノイズの原因にもなります。電磁力は動作中に巻線に作用し、機械的振動を引き起こす可能性があります。構造コンポーネントが緩んでいたり、サポートが不十分である場合、振動がさらに大きくなり、元の音が増幅される可能性があります。

言い換えれば、変圧器の外部で聞こえるノイズは、1 つのコンポーネントだけから発生しているわけではありません。いくつかの小さな振動源を組み合わせると、全体的なサウンドがより顕著になります。

冷却装置からの騒音

冷却装置これも重要なノイズ源であり、特に大型の油入変圧器では発生します。{0}

変圧器の設計に応じて、冷却にはファン、ラジエーター、オイル ポンプ、またはこれらのコンポーネントの組み合わせが必要となる場合があります。冷却ファンは、ブレードが回転して空気を移動させるときに空気力学的ノイズを発生します。モーターとベアリングにより、さらなる機械振動が発生する可能性があります。

オイル ポンプは、冷却システムに絶縁油を循環させる際に、独自の機械的ノイズと油圧ノイズを発生します。

自然冷却変圧器の場合、これらの電源は通常制限されています。ただし、強制空冷または強制油冷を使用する変圧器の場合、冷却システムが総騒音レベルの重要な部分になる可能性があります。-

トランスノイズの伝播経路

変圧器のノイズは、発生源から周囲の空気に直接伝わるだけではありません。考えられるパスはいくつかあります。

機械的振動は、コアと巻線からクランプ、タンク、ラジエーター、基礎、および接続された構造に伝わる可能性があります。これらのコンポーネントが振動し始めると、音を放射する面のように機能することがあります。-

冷却ファン、ポンプ、その他の外部機器からの空気伝播騒音もあります。周囲の空間に入った音は、壁、床、天井、建物、その他の硬い表面によって反射されることがあります。

このため、騒音制御は少し難しい場合があります。変圧器は、制御された条件下でテストすると許容可能な騒音レベルを示す場合がありますが、特定の建物または変電所に設置すると、かなり大きな音が発生します。

この問題を調べる実際的な方法は次のとおりです。

騒音源 → 構造伝達 → 音響放射 → 周囲環境

どの段階も重要です。

トランスノイズの測定

変圧器のノイズを低減する前に、エンジニアは信頼性の高い測定を行う必要があります。音響パラメータが異なれば音のさまざまな側面が表現されるため、適切な測定方法を選択することが重要です。

音圧レベル

音圧レベル (SPL)特定の測定点における音によって引き起こされる気圧の変化を表します。通常はデシベル、つまり dB で表されます。

覚えておくべき重要なことは、音圧は測定が行われる場所によって異なるということです。マイクを変圧器から遠ざけると、通常、測定値が変化します。壁、反射、背景ノイズ、周囲の環境も結果に影響を与える可能性があります。

音の強さのレベル

音響強度とは、単位面積を通過する音響エネルギーの量を指します。

音響強度の測定は、エンジニアが個々の騒音源を特定する必要がある場合に役立ちます。たとえば、ノイズのほとんどが変圧器タンク、冷却ファン、または別のコンポーネントから発生しているかを判断するのに役立ちます。

これにより、音の強さは、予想外に高いノイズが発生した変圧器のトラブルシューティングを行う場合に特に役立ちます。

音響パワーレベル

音響パワーレベルは、トランスによって放出される総音響エネルギーを表します。

音圧レベルとは異なり、音響パワーは変圧器と測定機器の間の距離にあまり依存しません。これは、さまざまな変圧器を比較したり、機器のノイズ仕様を確立したりするときに役立ちます。

メーカーと購入者にとって、音響パワーは、トランスの実際の音響出力を説明するためのより一貫した方法を提供できます。

ラウドネスレベルと等ラウドネス曲線

すべての音が人間の耳に同じように知覚されるわけではありません。

低周波音と高周波音-は、物理的な音圧レベルが同じであっても、近くに立っている人には同じように大きく聞こえない場合があります。-ここが等ラウドネス曲線役に立つようになる。

これらは、人間の聴覚がさまざまな周波数にどのように反応するかを説明します。変圧器のハムノイズには比較的強い低周波成分が含まれることが多いため、これは変圧器ノイズにとって重要です。-

したがって、音を測定することは別のことです。人々がその音を実際にどのように認識するかを理解することはまた別のことです。

重み付け法を使用して測定された変圧器のノイズ-

の-重み付け方法dB(A) で表され、人間の聴覚の周波数応答に従って音響測定値を調整します。

このため、電気機器の騒音制限や環境騒音評価では dB(A) が使用されることがよくあります。変圧器には比較的強い低周波数成分が含まれている可能性がありますが、A- で重み付けされた結果では、人間がより敏感に感じる周波数がより考慮されています。

したがって、実際の設置で変圧器のノイズを評価する場合は、生の音響特性と A 重み付けされたノイズ レベルの両方を理解することが役立ちます。-

変圧器のノイズに影響を与える要因

ある変圧器が別の変圧器より静かである理由は 1 つだけではありません。コアの材質、磁束密度、コアの構造、製造品質、機械的構造、動作条件、共振はすべて違いを生む可能性があります。

珪素鋼板の磁歪が変圧器ノイズに及ぼす影響

磁歪トランスコアノイズの主な原因の 1 つです。

コア内部の磁束が変化すると、珪素鋼板の寸法が微小に変化します。これらの変化は交流動作中に継続的に発生し、機械的振動を引き起こします。

磁歪量は電磁鋼板の性質、材質の方向、磁束密度、使用条件などによって異なります。

適切な磁気特性を備えた高品質の電磁鋼板を使用すると、コアの振動を低減できます。{0}変圧器の設計では、磁束密度を意図した動作範囲内に保つ必要もあります。コアが磁気的に強く押されすぎると、他の望ましくない影響とともにノイズが増加する可能性があります。

トランスノイズに対するコア構造の影響

コアの構造はトランスのノイズに直接影響します。

コアの形状、ジョイントの設計、クランプの配置、磁力の分散方法はすべて振動に影響します。適切に設計されたコアは、機械的な動きを制御するのに役立ちます。

最新の変圧器設計では、最適化されたものがよく使用されます。ステップラップコア-ジョイントと改良された構造配置。これらのアプローチは、鉄損と振動の両方を低減するのに役立ちます。

素材そのものだけではありません。材料の設計と組み立ての方法も同様に重要です。

コア組立プロセスが変圧器ノイズに与える影響

製造品質は、トランスのノイズに驚くほど大きな違いをもたらす可能性があります。

ラミネートの積み重ねが不十分、接合部の位置が正しくない、過度の機械的ストレス、またはクランプが不十分であると、コアが予想以上に振動する可能性があります。

したがって、組み立てプロセスには慎重な制御が必要です。コアの積層は適切に扱われ、接合部は正確に位置合わせされ、クランプ圧力は正しく設定される必要があります。

クランプが弱すぎると、不要な動きが可能になります。過剰な機械的ストレスもコアの振動特性に影響を与える可能性があるため、クランプが多すぎることも必ずしも良いとは限りません。

変圧器のノイズに対する共振の影響

共振は、他の方法で対処できる振動をさらに悪化させる可能性があります。

すべての構造コンポーネントには固有振動数があります。変圧器によって生成される励起周波数がこれらの固有周波数のいずれかに近づくと、振動が急激に増加する可能性があります。

変圧器タンク、ラジエーター、クランプ、基礎、その他の構造部品はすべて、異なる共振特性を持つ可能性があります。共振が発生すると、比較的小さな加振力でも、はるかに大きな振動応答が発生する可能性があります。

優れた構造設計、適切な減衰、および振動絶縁は、共振を制御するのに役立ちます。

トランスノイズ低減対策

変圧器のノイズを低減するには、通常、いくつかの方法を組み合わせて使用​​すると最も効果的です。エンジニアは騒音源から始めて、次に構造振動を制御し、最後に周囲環境を通じた音の伝達に対処できます。

ボディノイズの低減

1 つ目のアプローチは、トランス自体からの振動を低減することです。

コアノイズの低減

コアノイズは、適切な電磁鋼板、最適化されたコア設計、正確な組み立て、および適切な機械的クランプによって低減できます。

変圧器を指定された磁束密度内に保つことも重要です。高品質の製造により、積層の緩み、接合不良、振動を増大させるその他の状態を防ぐことができます。-

変圧器メーカーにとって、これは、変圧器が設置場所に到着するずっと前からノイズ制御が始まることを意味します。

タンクや構造部品の騒音を低減

変圧器タンクは面積が比較的大きいため、驚くほど効果的な音響放射面になります。{0}}

タンクの強化、最適化されたパネル構造、改善された機械的接続、および振動減衰材料により、タンクから放射される音の量を減らすことができます。{0}

変圧器とその基礎の間の防振も役立ちます。柔軟な接続は、機械的振動が近くの構造物に伝わる可能性がある場合に役立ちます。

冷却装置の騒音を低減する

特に大型の電源トランスでは、冷却システムを無視してはなりません。

冷却ファンの騒音を低減する

低騒音の冷却ファン、最適化されたブレード設計、適切なファン速度、振動を遮断した取り付けはすべて、ファンの騒音を低減するのに役立ちます。-

メンテナンスも重要です。ファンブレードの損傷やバランスの崩れ、ベアリングの摩耗、モーターの位置調整が不十分な場合は、適切にメンテナンスされたファンよりもはるかに大きな振動が発生する可能性があります。

自己冷却による放熱音の低減-

自然冷却変圧器は、動力付きの冷却ファンやオイル ポンプに依存しないため、一般に機械的ノイズ源が少なくなります。

ただし、ラジエーターの設計と構造の剛性は依然として重要です。適切に設計されたラジエーターは、効果的な熱放散を維持しながら、振動や不要な音の放射を制限するのに役立ちます。

オイルポンプ騒音の低減

強制オイル冷却システムの場合、低騒音オイル ポンプの選択は変圧器の騒音制御の重要な部分です。{{1}

ポンプモーター、ベアリング、オイル流路、設置位置のすべてを考慮する必要があります。定期的なメンテナンスによって、コンポーネントの磨耗や動作条件の悪さによって引き起こされる異常な振動を防ぐこともできます。

伝播経路の遮音対策

場合によっては、変圧器自体はすでにかなり静かですが、設置環境により騒音がさらに目立つようになります。

このような場合、伝播経路に沿って遮音材を追加できます。音響バリア、防音壁、変圧器の筐体、特別に設計された変圧器室は、直接的な音の伝達を妨げる可能性があります。

重要な問題が 1 つあります。それは、音響設計でも十分な換気と熱放散を確保する必要があるということです。完全に密閉された変圧器は静かかもしれませんが、冷却性能が低下すると、さらに大きな問題が発生します。

伝搬路上のノイズ減衰対策

騒音の減衰には、振動絶縁、吸音、減衰構造、および音が敏感な領域に到達する前に低減するように設計されたその他の対策が含まれます。

防振パッドを使用すると、基礎を通る振動の伝達を制限できます。-柔軟な接続により、接続された構造への機械的振動の伝達を軽減できます。吸音材-は、変電室内の反射された空気伝播騒音を軽減できます。

変電所が住宅、オフィス、病院、学校、またはその他の騒音に敏感な地域の近くにある場合は、設計段階でこれらの対策を検討することが理想的です。{0}

変圧器を設置した後でノイズ問題を解決しようとすると、通常はより複雑になり、{0}}費用も高くつくことがよくあります。

結論

トランスノイズ磁気コアのよく知られたハム音だけではありません。磁歪、巻線の振動、冷却ファン、オイル ポンプ、構造コンポーネント、共振はすべて、最終的な騒音レベルに寄与する可能性があります。周囲の環境や振動が設備内をどのように伝わるかによって、状況がさらに複雑になる可能性があります。

変圧器メーカー向けヤーウェイトランスフォーマー効果的な騒音制御は、適切な電磁鋼板、最適化されたコア設計、正確な組み立て、信頼性の高い機械構造、適切に設計された冷却装置などの基本から始まります。-

そこから、防振、遮音、防音壁、騒音減衰などの設置方法により、追加の保護を提供できます。

目標は単に机の上で変圧器の静音性を高めることではありません。真の低ノイズ変圧器は、機器が人、建物、その他の電気システムと空間を共有する現実世界では良好に機能する必要があります。-そのため、変圧器のノイズは、設計、製造から設置、動作に至るまで考慮する必要があります。

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