Prečo je transformátor bzučivý

Učiteľ sa pýta Vovochky: - Vovochka a s kým pracuje tvoj otec? - Transformátorka, Maria Ivanovna. - A ako to vyzerá? - Nuž, dostane 380 rubľov, dáva 220 svojej matke a bzučí na zvyšných 160 ...

Prečo je transformátor bzučivý? Už ste o tom niekedy premýšľali? Niekto povie, že je to tak preto, že cievky sú medzi sebou zle upevnené alebo vinutia kmitá a klepajú na železo. Možno sa ukázalo, že oblasť jadra bola menšia, ako sa vyžaduje vo výpočtoch, alebo sa pri vinutí ukázalo príliš veľa voltov na otáčku? Zodpovedá dodávaná frekvencia tomuto materiálu jadra? Poďme to pochopiť.

V skutočnosti je príčinou hučenia transformátora pôvodne magnetostrikcia. Magnetostrikcia je jav zmien veľkosti a tvaru feromagnetického telesa pod vplyvom striedavého magnetického poľa.

Veľkosti a tvar feromagnetických telies závisia od stavu ich magnetizácie. James Joule v roku 1842 Najprv sa zistilo, že keď sa do magnetického poľa zavedie železo, zmení sa jeho tvar, pretiahne sa v jednom smere vzhľadom k poľu a v ostatných sa skráti. Objem tela sa výrazne nezmenil.

Takže, ak je feromagnet umiestnený v magnetickom poli, bude to primárne viesť k zmene jeho výslednej magnetizácie. Súčasne dôjde k zmene veľkosti tela v dôsledku skutočnosti, že spontánna magnetizácia mení svoj smer v rôznych častiach tela, a preto sa tiež mení smer spontánnych deformácií v nich. Táto vlastnosť je inherentná všetkým telesám (feromagnety iba v najvýraznejšej forme).

Okrem magnetostrikcie môže byť hluk spôsobený aj pracovnými olejovými čerpadlami a ventilátormi chladiacich systémov výkonných transformátorov. Elektrodynamické sily vo vinutiach a elektromechanické zariadenia, ktoré regulujú napätie pri zaťažení, tiež vytvárajú hluk.

Úroveň tohto hluku do značnej miery závisí od rozsahu elektromagnetického zaťaženia a od celkových rozmerov transformátora. Hluk je založený na vibrácii feromagnetického magnetického obvodu, ktorý sprevádza magnetostrikciu. Závažnosť tohto fenoménu závisí od rozsahu magnetickej indukcie, ako aj od štruktúry a fyzikálnych charakteristík samotnej elektrickej ocele. Ďalej sa vibrácie prenášajú na olejové a jadrové nosiče a z olejových a jadrových nosičov do samotnej nádrže.

Pretože vlnová dĺžka sieťovej frekvencie v transformátorovom oleji je približne 12 metrov a stena nádrže je umiestnená v malej vzdialenosti od jadra, nádrž úplne prijíma a reprodukuje zodpovedajúce vibrácie blízkych častí jadra.

Niekedy sa zdá, že iné zdroje hluku sú hlasnejšie, napríklad rovnaký aktívny chladiaci systém, ale vo všeobecnosti dominuje magnetický šum v jadre spôsobený magnetostrikciou.

Pod vplyvom striedavého magnetického poľa dochádza k striedavým magnetostrikčným deformáciám jadra. A keby oceľové plechy, z ktorých bolo jadro čerpané, zažili napätie priamo úmerné štvorcu magnetickej indukcie, potom by magnetostrikčné vibrácie mali jednu stabilnú frekvenciu rovnajúcu sa 100 Hz pre 50 Hz sieť. V skutočnosti však táto závislosť nie je priamo úmerná a vibrácie a po nich vibrácie nádrže vytvárajú hluk s vyššími harmonickými.

Pre elektrické ocele valcované za studena aj za tepla sú dostupné údaje o relatívnom kvantitatívnom predĺžení počas magnetostrikcie. Plechy valcované za tepla s vysokým obsahom kremíka takmer úplne bránia prejavu magnetostrikcie a 6% kremíka pridaného do transformátorovej ocele ju takmer blokuje.Takáto oceľ sa však nemôže použiť v transformátoroch kvôli jej zlým mechanickým vlastnostiam.

V prípade ocele valcovanej za studena s rovnakou hodnotou magnetickej indukcie je relatívne predĺženie menšie ako v prípade ocele valcovanej za tepla. Ale vzhľadom na to, že indukcia v jadrách ocele valcovanej za studena presahuje indukciu v prípade ocele valcovanej za tepla, sú predĺženia jadier približne rovnaké.

Štúdie ukázali, že hluk z oceľového magnetického obvodu valcovaného za tepla s indukčnou hodnotou 1,35 T zodpovedá hluku z ocele valcovanej za studena s magnetickou indukciou 1,55 T. A so zvýšením indukcie v jadre oceľového transformátora valcovaného za studena o 0,1 T sa šum zosilní o 8 dB.

Jadro transformátora sa tiež môže dostať do rezonancie s vibráciami z magnetostrikcie a dokonca s harmonickými vibráciami v magnetickom obvode. Ak magnetický obvod alebo časti transformátora spadajú do rezonancie s týmito harmonickými, potom rozsah šumu s výraznými vrcholmi pokryje viac harmonických dvojnásobku sieťovej frekvencie.

Experimentálne sa potvrdilo, že harmonické kmity vibrácií magnetického obvodu sú zvlášť výrazné pri vysokých hodnotách magnetickej indukcie, keď nelineárna časť magnetizačnej krivky prechádza v prítomnosti veľkého množstva harmonických magnetostrikčných vibrácií.

Jednou z hlavných zložiek tohto hluku v transformátore sú priečne vibrácie plechov. K týmto odlišným vibráciám dochádza v dôsledku rozdielov v dĺžke a hrúbke plechu, v dôsledku čoho sú faktory predĺženia pre každý plech rôzne, čo vedie k zmene medzery spoja v závislosti od okamžitých indukčných hodnôt.

To vedie k časovému prerozdeleniu magnetického toku medzi susednými vrstvami a výsledkom je priečne vibrácie dosiek. Magnetický tok sa mení v čase as ním aj stupeň nasýtenia feromagnetu. Magnetizačná krivka je zdeformovaná a výsledkom je vznik vyšších harmonických a magnetostrikčného šumu.

Je dôležité, aby sa dĺžka jadra zmenila nielen z magnetostrikcie, ale aj pod vplyvom magnetických síl, ktoré vznikajú, keď magnetický tok prechádza z platne na platňu. Stáva sa to, keď sa paralelné platne vyznačujú magnetickou permeabilitou.

Experimentálne sa potvrdilo, že pozdĺžne aj priečne vibrácie dosiek generujú vibrácie a hluk približne rovnakej intenzity. Preto aj keď je jeden zo zdrojov hluku transformátora úplne potlačený, celkový hluk sa nezníži o viac ako 3 dB.

Reaktory, reaktory so štrukturálnymi vzduchovými medzerami sa vyznačujú hlukom spôsobeným presne magnetickými silami. Medzi dvoma časťami oddelenými medzerou vznikajú striedavé príťažlivé sily s dvojnásobnou magnetizačnou frekvenciou.

Hluk spôsobený elektrodynamickými silami vo vinutiach transformátora, ktorý pracuje pod zaťažením, je zvyčajne celkom tichý, ak neexistuje axiálna vôľa, ako je typické pre elastické lisovanie vinutia. Úroveň záťaže tohto hlukového transformátora je preto prakticky nezávislá.

Táto poloha umožňuje normalizovať hladinu hluku transformátora. Povaha a veľkosť záťaže však stále súvisí s magnetickou indukciou v transformátorovej oceli počas prevádzky, preto úroveň magnetického šumu so záťažou stále súvisí.

Dúfame, že tento krátky článok umožnil neskúsenému čitateľovi získať odpoveď na otázku, prečo transformátor bzučí.

To je zaujímavé:Ako zistiť výkon a prúd transformátora podľa jeho vzhľadu