Experimental Analysis of Transformer Core Vibration and Noise under Inter-Harmonic Excitation

Abstract

With the wide application of power electronic devices and nonlinear loads, the resulting inter-harmonic pollution is becoming more and more serious in the power system. As important equipment in power systems, transformers have always been the focus of research. However, there are few studies on the abnormal increase in vibration and noise caused by inter-harmonic excitation. In this work, a transformer core vibration and noise measurement platform that can generate arbitrary inter-harmonic excitations was built. The real-time vibration displacement waveforms of the core model under normal and inter-harmonic conditions were experimentally measured as well as the surrounding noise level amplitude and spectrum analysis result. The influence law of excitation of intermediate harmonic content and frequency on core vibration displacement and surrounding sound pressure level was summarized. The work of this paper lays a theoretical foundation for studying the vibration and noise of power transformers and other equipment under inter-harmonics.

Acoustic Noise-Based Detection of Ferroresonance Events in Isolated Neutral Power Systems with Inductive Voltage Transformers

“…Interhamonic interaction can also change the vibration and acoustic noise pattern of the IVT. Low-frequency interharmonics, e.g., below 20 , affect this pattern more [ 49 ]. However, it should be noted that these power quality issues are more relevant to the identification methodology for revealing the ferroresonance than the sensor proposed.…”

Yalıtım Transformatörlerinde Ara-Harmoniklerin Transformatör Nüve Titreşimi Üzerine Etkisi

“…Böyle cihazların ve yüklerin kapasitelerinin artması ile birlikte araharmoniklerin genliklerinde de artış meydana gelmiş ve bu durum daha fazla önem kazanmıştır. Ara harmonikler, doğrudan frekans çeviriciler ve darbe genişlik modülasyonlu (PWM) dönüştürücüler gibi dönüştürücülerdeki yarı-iletken anahtarların şebeke frekansı ile senkronize olmayan şekilde anahtarlanmasından dolayı ortaya çıkmaktadır ve temel bileşenin sadece yan-bantları şeklinde değil herhangi bir bileşeni olarak da meydana gelmektedir [17]. Bunun yanında, güç sisteminde bulunan cihazlardaki ani akım değişimleri, akımın ve gerilimin genlik ve faz açılarında değişime yol açarken gerilimin temel ve diğer harmonik bileşenlerinde yan bantlar ortaya çıkarır.…”

“…Araharmoniklerin genlikleri çoğu durumda gerilimin temel bileşeninin %0,5' ini aşmamaktadır. Birçok doğrusalolmayan yükün yol açtığı ara-harmoniğin frekansı, şebeke frekansından daha düşük değerde olsa da yüksek frekanslarda ara-harmonikler de görülebilmektedir [17]. Ara-harmoniklerin bulunduğu bir sistemde ve bu sistemde yer alan cihazlarda kötü termal etkiler, floresan lambalarda gerilimdeki genlik modülasyonu nedeniyle bozulmalar, koruma elemanlarının aşırı yüklenmesi, transformatör nüvesinde doyma ve erken yıpranma meydana gelmesi, titreşim ve akustik gürültü seviyesinde aşırı artış meydana gelebilmektedir [1].…”

“…Uyarım dalga formunda bozulmaya yol açabilecek harmonik bileşen(ler) nüvenin manyetik akı yoğunluğunu değiştirerek titreşim harmonik spektrumunda daha fazla titreşim harmonik bileşeninin ortaya çıkmasına yol açmaktadır. Burada, uyarım dalga formundaki harmonikler ve ara-harmoniklerin frekansı ne kadar düşükse, nüve titreşim yer değiştirmesinin tepeden tepeye değerinin de o kadar büyük olabileceği görülebilir [17]. Nüvenin manyetik büzülme değerinden kaynaklanan titreşimine ek olarak, gerek nüve malzemesinin manyetik özelliğinden kaynaklanan gerekse sargı akımlarının da katkı sağladığı ve nüve malzemesi üzerinde harici bir manyetik kaynağın etkisi olarak ifade edilebilecek elektromanyetik kuvvetler, Maxwell kuvvetleri olarak bilinmektedir.…”

“…Transformatör nüvesinin titreşim karakteristiklerinin transformatörün çeşitli mekanik durumlarına göre [14][15] veya çeşitli elektriksel ve mekanik uyarımlara göre analiz edilmesi [16] şeklinde literatürde birçok çalışma bulunmasına rağmen ara-harmoniklerin transformatör nüvesi titreşimine katkısını inceleyen çalışma sayısı çok sınırlı kalmıştır. [17]' te bir dağıtım transformatörünün yüksüz durum altında çeşitli frekans ve genlik seviyelerindeki ara-harmoniklerden kaynaklanan titreşim ve gürültüsü analiz edilmiştir. Ancak, sunulan çalışmada uyarım geriliminde sadece temel uyarım bileşeni ve araharmonik bulunmaktadır.…”