254 – 油入大型変圧器の振動解析

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概要

電力用の大型変圧器は発電所で発電された高圧の電力を送電用に変圧するためなどに用いられます。近年、設置場所が住宅に近い場合は特に振動に関する規制が厳しくなっています。また、大型の設備機械であり発生する力も大きくなるため、振動によるコイル破断など事故が起こらないとも限りません。
有限要素法を用いることで、加振源である複数の部品から発生する電磁加振力の原因を評価し、原因に対する対策を施すことで振動による騒音や事故を設計段階で未然に防ぐことが可能です。
ここでは、大型変圧器の電磁加振力による振動を評価した事例を紹介します。大型変圧器は油冷となるため、部品周囲の流体である油を弾性体として近似して扱うことが本事例の特徴です。なお、加振源となる部品は主にコア、タンク、巻線となりますが、本事例ではコアとタンクに着目します。

加振力分布

コアの電磁力分布を図1、磁歪力分布を図2、タンクの電磁力分布を図3に示します。また、タンクの漏れ磁束および渦電流分布を図4に示します。
コアとタンクの加振源に着目します。コアの加振源はコアに発生する電磁力と磁歪力です。また、タンクの加振源は、コアからの漏れ磁束がタンクに到達して、タンクに発生する渦電流に働く電磁力です。
図1~図3より、加振力の大きさとしては磁歪力が支配的であることが分かります。また、図4より、タンクに漏れ磁束が鎖交し、渦電流が発生していることが分かります。

加速度分布

コアの加速度分布を図5、タンクの加速度分布を図6に示します。加振力はコアの磁歪力が支配的でしたが、振動はコアよりもタンクの方が大きいことが分かります。原因は、タンクの剛性が低いことが考えられます。
また、遮蔽板を設置していない側面の振動が大きくなっているため、側面にも遮蔽板を追加して加振力および振動を低減するなどの対策が考えられます。

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