一种采用有源降噪的变压器消声器的制作方法

本发明涉及消声器技术电子设备制造领域，尤其涉及一种采用有源降噪的变压器消声器电子设备仪器。

背景技术：

随着国内各地城镇化发展，居民对用电安全、质量、经济的要求越来越高，而变压器散落多集中在住宅小区、商业中心、医院和学校等城镇区域，其运行时铁芯产生振动而形成噪声。变压器运行时主要产生的是低频噪声，会对周围居民生活、工作和休息产生许多不利影响，而远离居民区又极大的增加了输电线路与电能损耗的成本，不利于电力系统的安全、高效、经济的运行。

为了更好的解决这个问题，各种各样的降噪手段应运而生，主要分为无源降噪和有源降噪两种方式。无源降噪，即被动降噪技术，当噪声产生之后，采取隔声、吸声等措施，这种方式对高频噪声降噪效果比较好；而对于低频噪声，由于变压器的体积、运输、安装与维修等诸多因素，被动降噪需要耗费的材料多，体积大，付出的经济成本高。由此针对变压器低频噪声的有源降噪就应运而生了，就是通过控制系统产生与变压器噪声振动波相位相反、振幅和频率相同的“反振动”来抵消“原振动”，进而达到变压器降噪的目的。随着电力电子技术的蓬勃发展，运用在有源降噪技术上的各种器件和模块集成度越来越高，体积越来越小，检测的精度也有大幅度的提升，有源降噪技术在变压器降噪上有望得到更好的运用。

技术实现要素：

本发明的目的是运用有源降噪技术，降低变压器的噪声。在不改变变压器内部结构的情况下，在变压器表面贴上一个变压器消声器，用以解决变压器降噪的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种采用有源降噪的变压器消声器，其特征在于：包括icp加速度传感器、信号调理器、自适应振动主动控制器、功率放大器和激振器；

所述icp加速度传感器安装在变压器上，用于变压器上振动的测量，并将测量的振动信号放大后传输给信号调理器；

所述信号调理器用于给icp加速度传感器供电，并将接收到的振动信号调理成标准电压信号后传输给自适应振动主动控制器；

所述自适应振动主动控制器接收到振动信号后，生成反向振动信号，并输出给功率放大器；

功率放大器在接收到反向振动信号后，将反向振动信号放大后，驱动激振器产生振动；

所述激振器安装在变压器上，激振器接收到反向振动信号后，产生一个与变压器振动相位相反，幅值和频率相同的振动，并与变压器振动相抵消，进而降低变压器振动噪声。

所述信号调理器连接有采集显示设备（如示波器），信号调理器将接收到的振动信号调理成标准电压信号，并传输给采集显示设备，这样即可对振动信号进行观察和处理，找出振动较大和较小区域，将消声器安装在振动较大区域，降噪效果更为明显。

所述icp加速度传感器为磁座连接的icp加速度传感器，便于直接由磁座吸附于变压器上，安装简单方便。

所述icp加速度传感器包括压电加速度传感器和电荷放大器，压电加速度传感器和电荷放大器相连，在压电加速度传感器检测到振动之后，通过电荷放大器放大压电加速度传感器输出的微弱信号，使其能够更加方便的进行后续的测量和传输。

所述自适应振动主动控制器包括dsp控制器和d/a转换器；dsp控制器在接收到振动信号（此时的振动信号为模拟信号）后，将振动信号转换成振动数字信号，然后再把振动数字信号反向，运用x-lms算法搜索出最优权向量，然后对振动数字信号进行自适应计算，将延后的振动数字信号通过补偿相位差的方式，生成实时反向振动数字信号，并将反向振动数字信号发送给d/a转换器，d/a转换器将反向数字振动信号转换成反向振动模拟信号，并将反向振动模拟信号传输给功率放大器。

所述采用有源降噪的变压器消声器为立方体结构，其还包括箱盖与箱体，箱盖与箱体通过卡扣和螺丝等方式组合固定，icp加速度传感器和激振器安装在箱体底部，信号调理器安装在箱体中间位置，自适应振动主动控制器安装在箱体的左侧面，功率放大器安装在箱体正面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

非晶合金变压器有低损耗、高能效的特点，在中国得到大量的采用。以目前中国的用电量来计算，每年可节省大约30twh发电量，减少大约3千万吨温室气体的排放。如果能够降低它运行时产生的振动噪声，可使非晶合金变压器使用更加广泛，为节能减排做出更多的贡献。为了本专利使用的技术解决方案有更好的效果，先得进行变压器振动测试实验，获取变压器表面振动较大的区域，再将变压器消声器贴于变压器的各个表面振动较大的区域。当变压器消声器降噪效果稳定下来之后，噪声下降的幅度大约为6db——12db，对比降噪前，变压器运行时振动噪声有明显的降低。

附图说明

图1为本发明提供的变压器振动测试示意图；

图2为本发明提供的变压器消声器硬件模块示意图；

图3为本发明提供的变压器消声器自适应振动主动控制设计方案示意图；

图4为本发明提供的变压器消声器整体结构示意图；

图5为本发明提供的变压器消声器控制系统结构图；

图6为本发明提供的基于dsp的振动主动控制系统框图；

图7为本发明提供的变压器降噪前后振动波形对比图；

图8为本发明提供的变压器降噪前后振动波形对比图；

图9为本发明提供的两相铁芯绕阻示意图；

图10为本发明提供的三相铁芯绕阻示意图。

图中标记1、变压器铁芯，2、icp加速度传感器，3、信号调理器，4、示波器，5、自适应振动主动控制器，6、功率放大器，7、激振器，8、变压器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合各类附图对本专利作出更为确切、具体、形象地描述，让本领域技术人员对变压器消声器实物的内部和外部结构有个更为清晰明了的认识。当然，限于专利篇幅的原因，这些图纸只是本专利中的一部分实例。在本发明中，对于一些指示方位或位置关系的词，比如“后面”“侧面”“中间”“前面”“上”“下”等，都是根据实际工程中变压器正面为标准，附图是从前往后看的，按照约定俗成的描述方法，对这些附图进行尽量详细地描述。但变压器消声器不是一定得按照特定的方位或位置来摆放，不能因此对本发明进行方位上的限制。此外，专利描述“首先”“其次”“最后”，只是作为专利中硬件结构的构成顺序，与构成本专利的重要性无关。

本发明的目的在于提供一种采用有源降噪的变压器消声器，它的成本比无缘降噪低，降噪效果比无缘降噪好，不用对变压器的总体结构做出改变，并且所占的空间小、成本低。通过变压器表面振动测试，寻找到变压器各个表面振动最大区域，并将变压器消声器贴于这些区域，经过其中的自适应振动主动控制器，输出一个反向振动信号到激振器，激振器产生一个一个频率相同，幅值相反的“反振动”，与变压器产生的“原振动”相抵消，从而减小变压器噪声。

本申请实施例提供了一种采用有源降噪的变压器消声器，所述消声器包括：

用磁座连接的icp加速度传感器，所述icp加速度传感器中包含了压电加速度传感器和电荷放大器。在压电加速度传感器检测到振动之后，通过电荷放大器放大压电加速度传感器输出的微弱信号，使其能够更加方便的进行后续的测量和传输。icp加速度传感器可直接由磁座吸附于变压器上，以便于振动的测量；

信号调理器，所述信号调理器是为icp加速度传感器供电，将采集到的振动信号调理成标准电压信号，使其能够与采集显示等设备（示波器）连接，以便对振动信号进行观察和处理。

自适应振动主动控制器，将dsp控制器、d/a转换器、电源模块和外围电路等几个部分整合到一个pcb板中，其中：

dsp控制器，在变压器消声器中主要是采集振动信号，并通过a/d转换器把模拟信号转换成数字信号，再通过控制器把数字信号反向，运用x-lms算法搜索出最优权向量，并且对变压器振动信号进行自适应计算，将延后的振动信号通过补偿相位差的方式，生成实时反向振动信号；

d/a转换器，将数字信号转换成模拟信号，然后将反向振动模拟信号实时传输出去；

电源模块，将外接直流电压源中的直流电压通过电压调整器，调整为适合dsp控制器、数模转换器和其他外围电路等供电的电源；

外围电路，将电源电路、时钟、片外存储器和复位电路等整合成为自适应振动主动控制器。

功率放大器，将输出的反向振动信号放大，用以驱动激振器产生振动；

激振器：通过次级振动信号产生一个与初级振动相位相反、幅值和频率相同的次级振动，并与变压器振动相抵消，进而降低变压器振动噪声。

所述变压器消声器采用立方体结构，所述箱盖与箱体通过卡扣和螺丝等方式组合固定，底面上是icp加速度传感器和激振器，能够更好地感应到振动，也可以通过激振器产生振动；中间是调理电压信号的信号调理器；自适应振动主动控制器模块集中在一块pcb板上，置于左侧面，方便对控制器中的一些器件和参数进行调节；正面是一个激振器功率放大器，也可通过它调节功率的放大倍数。最后用一个立方体支架框将其整合在一起，并将所有模块连接起来，形成一个合理的整体结构。

由于采用了上述的技术解决方案，将变压器消声器贴于变压器的各个表面振动最大区域。在未开启变压器消声器时，变压器振动噪声大约为50db——70db；开启变压器消声器之后，经过一段时间的调理之后，噪声有明显的下降，下降的幅度大约为6db——12db，使变压器运行时的噪声有着明显的降低。

如图1所示，图1为本发明提供的变压器振动测试示意图，变压器铁芯1，磁座连接的icp加速度传感器(ad1000t-dx&k)2，信号调理器(mps-isc-2)3，示波器(rigolmso4024)4。用icp加速度传感器测量出运行中变压器不同区域的振动信号，再通过信号调理器将振动信号调理成标准电压信号，再传输到示波器把振动信号显示出来，进而可知变压器消声器的振动较大区域。

如图2所示，图2为本发明提供的变压器消声器硬件模块示意图，包括：变压器铁芯1，测量振动用的是磁座连接的icp加速度传感器2，将振动信号调理成标准信号的信号调理器3，自适应振动主动控制器5(tms320f2812、dac7724等)将采集到的振动信号实时反向输出、放大振动信号的功率放大器(ye5872)6，输入振动信号产生振动的激振器(jzk-5)7，本消声系统的消声对象为非晶合金环氧浇注干式变压器8(scbh15-200/10)模型，icp加速度传感器和激振器分别布置在变压器表面。

如图3所示，图3为本发明提供的变压器消声器自适应振动主动控制设计方案示意图。先用icp加速度传感器2将振动信号采集好，再通过信号调理器3将信号调理成标准信号，dsp芯片中自带a/d转换模块，将模拟信号转换为数字信号，再通过dsp控制器将振动信号反向，用d/a转换器将数字信号转换为模拟信号输出，最后经过功率放大器6驱动激振器7产生振动。

如图4所示，为本发明提供的变压器消声器整体结构示意图，所述变压器消声器采用立方体结构，底面上是icp加速度传感器2和激振器7；中间是调理电压信号的信号调理器3；自适应振动主动控制器5模块集中在一块pcb板上，置于左侧面；正面是一个功率放大器6。并将所有模块连接，形成一个合理的立方体结构。

如图5所示，为本发明提供的变压器消声器控制系统结构图，通过采集设备采集电压信号，经过a/d转换，生成数字信号，再通过控制器把数字信号反向，运用x-lms算法搜索出最优权向量，并且运用程序对变压器振动信号进行自适应计算，将延后的振动信号通过补偿相位差的方式，生成实时反向振动信号。

如图6所示，为本发明提供的基于dsp的振动主动控制系统框图，通过dsp内部模块和外部电路将振动主动控制系统整合成一个整体。首先通过电源电路对stm320f2812供电，在给芯片供电后马上进行复位操作，再通过时钟电路产生振荡电路，使得程序开始运行，再通过程序存储器和数据存储器对程序进行写入和读取，通过pwm技术进行a/d转换，再将转化成数字信号的振动信号通过gal控制逻辑对振动信号进行处理，最后再将经过处理的振动信号经过d/a转换器输出。

如图7所示，为本发明提供的变压器降噪前后振动波形对比图；如图8所示，为本发明提供的变压器降噪前后振动波形对比图。这两个图是在同一个变压器上不同区域的振动信号波形图，黑色实线是降噪前的振动信号波形图，黑色虚线是降噪后的振动信号波形图，可以看出变压器降噪后的波形振动总体上小于降噪前的波形振动，可知变压器消声器是有一定的效果。

如图9所示和图10为本发明提供的两相铁芯绕阻示意图；如图10所示，为本发明提供的三相铁芯绕阻示意图；从这两个图可了解两相和三相铁芯绕阻的不同，以及因此带来的变压器振动噪声的不同。

最后说明：通过以下各附图说明本发明专利的技术方案，有利于本领域的技术人员理解它。当然本方案中的软件和硬件还存在优化的空间，在不影响变压器消声器各项性能的基础上，通过对软件和硬件的优化和改进，只要不脱离本发明技术的实际应用范围，没有做出创造性的成果，即是对本发明的完善。对其应用到实际工程中，对变压器有着更好的消声效果。