ANSYS Maxwell 采用有限元法，將求解區域離散化為”單元“，采用 Maxwell 方程進行求解。

 

2.2 結構分析基礎

通tong過guo電dian磁ci場chang分fen析xi得de到dao鐵tie芯xin和he繞rao組zu所suo受shou的de電dian磁ci力li分fen布bu，對dui其qi進jin行xing傅fu裏li葉ye變bian換huan，可ke以yi得de到dao電dian磁ci力li各ge諧xie波bo分fen量liang的de幅fu值zhi和he相xiang位wei角jiao大da小xiao
，將jiang其qi作zuo為wei簡jian諧xie激ji勵li源yuan，進jin行xing結jie構gou的de諧xie響xiang應ying分fen析xi。諧xie響xiang應ying分fen析xi的de運yun動dong控kong製zhi方fang程cheng為wei：

 

 

其中假設 F 和 u 做簡諧變化
，則：

 

 

 

2.3 噪聲分析基礎

采用聲學有限元法求解聲學 Helmholtz 方程來計算聲場。通過聲波的連續方程、運動方程、物態方程可以推導得到 Helmholtz 波動方程，進一步通過傅裏葉變換可以得到均勻流體中傳播的基本聲學方程頻域形式為：

 

 

 

計算變壓器聲場分析需要將結構表麵的振動速度導入聲學分析中作為邊界條件，聲學有限元係統方程形式為：

 

 

 

2.4 耦合分析流程

本次分析首先在 MAXWELL 進行電磁場分析，求解完成後，對電磁力進行 FFT 變換
，在 workbench 平台利用耦合功能，將其導入 Mechanical 進行簡諧振動分析
，得到質點振動速度，再將其導入 ANSYS Acoustics 聲學仿真模塊，求解聲壓波動方程，進行聲場分析，得到最後的噪聲計算結果，並根據 GB/T 1094.10 進行評定。

 

 

Figure. 基於 ANSYS Workbench 的聲學仿真耦合流程

 

3 幹式變壓器振動噪聲分析

 

 

Figure. 變壓器三維模型圖

 

 

Figure. 噪聲分析耦合流程圖

 

3.1 電磁場分析  

將變壓器的電磁模型導入 Maxwell,給定鐵芯
、繞組的材料，設定好額定工況的激勵、邊界條件、求解參數，即可進行求解。設定好的繞組激勵如下圖所示：

   

1 設定鐵芯
、繞組材料：

 

 

Figure. 材料設定

   

2 施加激勵、求解計算：

 

 

Figure. 激勵加載&求解設置

   

3 後處理：

 

 

Figure. 後處理設置

 

 

Figure. 電磁力密度

 

3.2 結構分析

在 mechanical 中進行分析前
，首先根據提供的材料在 Engineer Data 中zhong輸shu入ru材cai料liao數shu據ju，由you於yu諧xie響xiang應ying分fen析xi是shi線xian性xing分fen析xi類lei型xing
，並bing且qie變bian壓ya器qi結jie構gou在zai實shi際ji工gong作zuo中zhong也ye不bu允yun許xu超chao出chu屈qu服fu強qiang度du

，因yin此ci此ci處chu以yi線xian彈dan性xing材cai料liao進jin行xing簡jian化hua輸shu入ru。網wang格ge劃hua分fen過guo程cheng中zhong
，實shi體ti單dan元yuan以yi四si麵mian體ti、六麵體混合。根據實際工作，掃頻範圍設置為 0~1000Hz。加載時，根據變壓器實際安裝位置
，將下部的底座框架施加固定約束。具體操作如下：

  

1 網格劃分：針對模型不同部件
，Mesh 下插入 Body Sizing，指定尺寸，生成網格。

 

 

Figure. 網格劃分操作設置

 

 

Figure. 變壓器網格劃分

  

2 邊界條件：根據實際工作情況，將底部進行全約束。在 Harmonic Response 處右鍵 insert 插入 fixed support

 

 

Figure. 插入邊界條件

 

 

Figure. 變壓器邊界條件加載

   

3 分析設置：此處根據前述分析
，將頻率區間設置為 0~1000Hz

 

 

Figure. 分析設置

   

4 導入電磁力：在 Import Load 處，鼠標右鍵 Insert，選擇 Surface Force Density，選擇需要導入電磁力的部件，Surface Force Density 右鍵選擇 import Load
，即可導入。

 

 

Figure. 導入電磁力設置

 

 

Figure. Import 電磁力

   

5 後處理：

 

 

Figure. 後處理插入速度設置

 

 

Figure. 質點振動速度雲圖

 

3.3 噪聲分析

噪聲分析利用 ANSYS 專業噪聲仿真模塊 Acoustics。噪聲分析需要輸入聲音在介質中的傳播速度及介質密度等參數，此處介質為空氣
，在 Engineer Data zhongshuruxiangyingshujujike。zaoshengfenxiyouyuzhuyaofenxishengyinzaijiezhizhongchuanboxianxiang，yincixuyaoshezhikongqiyu。youyubianyaqiyukongqijiechubufenjihefuza，yinciduikongqiyucaiyongsimiantiwanggehuafenfangshi。jiyu ANSYS Workbench 耦ou合he平ping台tai，將jiang上shang一yi步bu諧xie響xiang應ying分fen析xi計ji算suan得de到dao的de質zhi點dian振zhen動dong速su度du導dao入ru噪zao聲sheng分fen析xi中zhong，作zuo為wei激ji勵li源yuan。通tong過guo計ji算suan可ke以yi得de到dao不bu同tong頻pin率lv下xia的de聲sheng壓ya情qing況kuang
，由you於yu輸shu入ru正zheng弦xian激ji勵li，頻pin率lv為wei 50Hz，而一次交流過程中會有兩次信號達到峰值，因此振動分析的基礎頻率為 100Hz。因此可以查看 100,200,300 等倍頻噪聲情況
，此分析中僅截止到 1000Hz。計算完成後，根據 GB/T 1094.10 變壓器聲級測定標準，後處理中提取相關輪廓線處 A 計權聲壓，並計算平均值
，得到最終結果。

   

 

1 模型處理：進行聲場分析，首先需要建立空氣域
，在 Design Modeler 中利用 Enslosure 功能可以插入空氣域，同時指定空氣域大小即可。

 

 

Figure. 插入空氣域

 

 

Figure. 空氣域的建立

 

2 網格劃分：由於空氣域形狀複雜，此處以四麵體方式進行網格劃分
，此類特征的幾何模型適合采用 Patch Independent 算法進行網格劃分。此處 Max Element Size 指定為 250mm。

 

 

Figure. 網格劃分設置

 

 

Figure. 空氣域網格劃分

 

3 邊界條件：右鍵單擊 Import Load 選擇 Insert，插入 Velocity，插入諧響應分析中計算得到的質點振動速度作為聲場分析激勵。

 

 

Figure.Import Load 設置

 

 

Figure. 導入所有頻段的質點振動速度

 

4 分析設置：進行聲場分析前，需要選擇聲場區域。在 Harmonic Acoustics 處右鍵單擊
，選擇 Insert
，選擇 Physics Region,選擇我們繪製的聲場區域。

 

 

Figure. 插入聲場區域設置

 

 

Figure. 生成的聲場區域

 

5 後處理：求解計算完成後，在 Solution 右鍵單擊
，選擇 Insert
，選擇 Acoustics，選擇我們關心的結果即可。

 

 

Figure. 後處理設置

 

 

Figure. 100Hz 聲壓分布（前後麵）

 

 

Figure. 100Hz 聲壓分布（左右麵）

 

 

Figure. 不同頻率下聲壓變化曲線（前後麵最大聲壓）

 

通過上述曲線，發現前後麵聲壓最大發生在 400Hz 時。

 

 

Figure. 400Hz 時前後麵聲壓分布

 

 

Figure. 不同頻率下聲壓變化曲線（側麵最大聲壓）

 

通過上述曲線，發現側麵聲壓最大時為 300Hz。

 

 

Figure. 300Hz 時側麵聲壓分布

 

根據實際試驗要求
，提取輪廓線處的聲壓，並取平均值。

 

表格 13 各點聲壓值

 

 

 

結果說明

①通過噪聲分析
，發現變壓器在工作時
，前後麵的聲壓分布趨勢基本一致，側麵的聲壓分布趨勢基本一致，最大值略有差異。

 

②通過噪聲分析
，發現該變壓前後麵的最大 A 計權聲壓為 58dB，側麵最大 A 計權聲壓為 50dB。

 

③通過噪聲分析後處理
，300Hz 平均聲壓為 50.4dB
，400Hz 平均聲壓為得到平均為 50.8dB。

 

4 總結

本文通過基於 ANSYS Workbench pingtaideganshibianyaqizhendongzaoshengfangzhen
，shixianlezaichanpinshejijieduanduiqizaoshengzhijinxingyugudewanzhengliucheng，keyibangzhuqiyezaitanjiubianyaqizaoshengdejilishang
，duichanpinjishizuochugaijin
，xiangyingshichang
，tigaojingzhengli。