变压器振动噪声仿真分析

电磁场理论由麦克斯韦方程组(如下图所示)来描述。求解方法上，数值法优于解析法，近年来电磁场数值解法在工程及科学研究上的应用也越来越广泛和高效。电磁场的数值分析和计算通常归结为求微分方程的解，对于偏微分方程，辅助边界条件和初始条件即可获得方程的定解。

 

 

ANSYS Maxwell 采用有限元法，将求解区域离散化为”单元“，采用Maxwell方程进行求解。

2.2 结构分析基础

通过电磁场分析得到铁芯和绕组所受的电磁力分布，对其进行傅里叶变换，可以得到电磁力各谐波分量的幅值和相位角大小，将其作为简谐激励源，进行结构的谐响应分析。谐响应分析的运动控制方程为：

 

 

其中假设F和u做简谐变化，则：

 

 

2.3 噪声分析基础

采用声学有限元法求解声学Helmholtz方程来计算声场。通过声波的连续方程、运动方程、物态方程可以推导得到Helmholtz波动方程，进一步通过傅里叶变换可以得到均匀流体中传播的基本声学方程频域形式为：

 

 

计算变压器声场分析需要将结构表面的振动速度导入声学分析中作为边界条件，声学有限元系统方程形式为：

 

 

2.4 耦合分析流程

本次分析首先在MAXWELL进行电磁场分析，求解完成后，对电磁力进行FFT变换，在workbench平台利用耦合功能，将其导入Mechanical进行简谐振动分析，得到质点振动速度，再将其导入ANSYS Acoustics声学仿真模块，求解声压波动方程，进行声场分析，得到最后的噪声计算结果，并根据GB/T 1094.10进行评定。

Figure.基于ANSYS Workbench的声学仿真耦合流程