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電力變壓器鐵芯松動故障監測方法原理（上）
作者：威博特鐵芯 發布時間：2019-03-30 15:06:10 瀏覽次數： 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生的變化。磁性材料中磁疇方向隨著磁化方向的改變是產生磁致伸縮現象的原因。除磁致伸縮，硅鋼片在正弦變化的磁場中還存在磁滯現象，即磁化強度M和磁場強度H的變化關系構成非單值的磁滯回線。設硅鋼片長度變化為λ，與磁化強度M的關系可近似表示為λ(M)=a1M2+a2M4，其中a1和a2為常數。若H為50Hz(中國電網頻率)正弦波，由于M和H之間的非線性關系和磁滯回線關于原點的對稱性，M中含有50Hz基波和奇次項高次諧波。根據上述的λ-M關系式，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。磁疇的旋轉發生在磁場接近飽和的階段，產生更大的振動。
鐵芯的振動是由于磁致伸縮和電磁力產生的。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生的變化。磁性材料中磁疇方向隨著磁化方向的改變是產生磁致伸縮現象的原因。除磁致伸縮，硅鋼片在正弦變化的磁場中還存在磁滯現象，即磁化強度M和磁場強度H的變化關系構成非單值的磁滯回線。設硅鋼片長度變化為λ，與磁化強度M的關系可近似表示為λ(M)=a1M2+a2M4，其中a1和a2為常數。若H為50Hz(中國電網頻率)正弦波，由于M和H之間的非線性關系和磁滯回線關于原點的對稱性，M中含有50Hz基波和奇次項高次諧波。根據上述的λ-M關系式，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。磁疇的旋轉發生在磁場接近飽和的階段，產生更大的振動。
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構對鐵芯振動會產生比較大的影響，以多斜接縫結構為例分析鐵芯振動的情況。硅鋼片間存在3種電磁力：
1)由于層內的磁通造成的層間排斥力；
2)接縫處硅鋼片尾部層內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)分別由層內磁通在磁通飽和情況下穿過層內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雜(接縫處空氣間隙中的磁通只有在較強磁場下產生)，產生各種復雜的電磁力。圖1表示了接縫處法相磁通Bz，空氣間隙磁通Bg以及硅鋼片的不規則性。上述這些因素造成了鐵芯振動的增加和振動的復雜性。
鐵芯壓緊力變化對鐵芯振動產生的影響主要表現在兩個方面。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生的應力屬于拉應力(考慮鐵芯的主要振動方向)，試驗結果表明，拉應力減小導致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。二是機械結構特性的變化對鐵芯振動的影響。壓緊力變小導致鐵芯層間間隙增大，振動阻尼降低，磁場分布更加復雜，產生的電磁力容易激發硅鋼片的固有振動模態，使得硅鋼片間的碰摩加劇，鐵芯振動的沖擊特性增強。