在現代社會，電力變壓器是人們的日常生活中不可或缺的一類設備，但是此類設備在運轉時卻會帶來很大的噪聲。這些聲音是由變壓器不同部件的振動而產生的，且不可能被完全消除。為了降低這種噪聲，來自 ABB 公司研究中心的一個工程師團隊借助 COMSOL Multiphysics?模擬了變壓器系統中的聲學、電磁，及力學行為。

什么原因導致變壓器發出嗡嗡的噪音？

輸電線進行交流電的傳輸依賴于變壓器升高或降低電壓的能力。較高的電壓可使輸電線在進行長距離傳輸時減少電能的損耗，同時在城鎮和建筑物附近以較低的電壓進行傳輸可以確保安全性。變壓器是電力供應的必要組件，但它們也帶來了不必要的噪聲。

電力變壓器的有源部件。

“變壓器的嗡嗡聲”是由設備中各類部件的振動引起的。影響因素包括：被線圈纏繞的金屬芯、油箱，及油箱內的變壓器油。交流電流經線圈產生了磁通量，進而使具有磁致伸縮效應的磁芯產生了機械應變。隨著磁通量方向的變化，磁芯也不斷迅速擴張和收縮。由此產生的振動經變壓器油傳送到了油箱及磁芯的附著點。同時交流電也會因線圈繞組中的洛倫茲力而產生負載噪音。

ABB 公司的變壓器設計模型。

為了找到在不影響變壓器性能的前提下降低噪聲的方法，來自 ABB 公司（世界上最大的變壓器制造商之一）的工程師團隊借助 COMSOL Multiphysics 對他們的設計進行了仿真。

模擬變壓器系統中的多物理場現象

來自ABB 公司研究中心（Corporate Research Center，簡稱 CRC）的 Mustafa Kavasoglu、Anders Daneryd 博士和 Romain Haettel 博士對變壓器進行了建模，致力于將變壓器噪聲降到最低。他們模擬了變壓器磁芯、油箱、線圈繞組的電磁、聲學及力學行為。通過使用多個仿真，他們觀察了磁芯內的磁通量、由磁芯內的磁致伸縮應變引起的位移，及線圈繞組內的洛倫茲力。

研發團隊還計算了油箱內由聲波傳播引起的壓力級。他們接著對變壓器油及周圍環境中的聲級進行了模擬。最終他們成功模擬了線圈繞組的機械位移和油箱壁上的表面壓力。

左圖：變壓器磁芯周圍的聲壓級；右圖：油箱周圍的聲壓級及油箱壁位移。

一旦工程師完成了多物理場建模，他們就可以通過調整磁芯及線圈繞組的設置、組件的幾何形狀，以及材料屬性等要素來優化變壓器的設計。

將計算分析能力推廣到公司其他部門

在完成對變壓器系統中相互關聯的物理場進行的分析之后，Kavasoglu、Daneryd 和Haettel 在他們最終模型的基礎上，借助 COMSOL? 軟件中的 App 開發器創建了多個計算仿真 App。通過這些 App 的使用，他們將模型的分析功能分享給了 ABB 公司其他的業務部門及工程師。借助這些仿真 App，其他工作人員可以在無需理解原始模型的情況下，對不同的變壓器設計進行模擬，這大大簡化了測試及驗證過程。

ABB CRC 團隊創建的仿真 App。

創建人人可用的仿真及針對特殊需求的仿真 App，可以讓不同的團隊和部門更容易地進行研發工作。ABB CRC 團隊開發了一個用于計算載荷噪聲的仿真 App，借助它銷售人員和設計工程師可以在未深入了解模型的情況下進行虛擬測試，這省去了繁瑣的計算過程。借助這些仿真 App，ABB 公司將能研發出功能強大的低噪音變壓器。