Proč je transformátor hučení?

Učitelka se ptá Vovochky: - Vovochka a s kým tvůj táta pracuje? - Transformátor, Maria Ivanovna. - A jak je to? - Dostane 380 rublů, dá 220 své matce a zbývá zbývajících 160 ...

Proč je transformátor hučení? Už jste o tom někdy přemýšleli? Někdo řekne, že je to proto, že cívky jsou mezi sebou špatně fixované nebo vinutí kmitá a klepe na železo. Možná se ukázalo, že oblast jádra byla menší než požadovaná výpočty, nebo se během navíjení ukázalo příliš mnoho voltů na otáčku? Odpovídá dodávaná frekvence tomuto materiálu jádra? Rozumíme však.

Ve skutečnosti je příčinou hučení transformátoru zpočátku magnetostrikce. Magnetostrikce je jev změn ve velikosti a tvaru feromagnetického tělesa pod vlivem střídavého magnetického pole.

Velikost a tvar feromagnetických těles závisí na stavu jejich magnetizace. James Joule v roce 1842 nejprve zjistilo, že když se do magnetického pole zavede železo, změní se jeho tvar, protáhne se v jednom směru vzhledem k poli a ve druhém se zkrátí. Objem těla se výrazně nezměnil.

Pokud je tedy feromagnet umístěn v magnetickém poli, pak to bude mít za následek změnu v jeho výsledné magnetizaci. Současně dojde ke změně velikosti těla v důsledku skutečnosti, že spontánní magnetizace mění svůj směr v různých částech těla, a proto se také mění směr spontánních deformací v nich. Toto je vlastnost, která je vlastní všem tělům (feromagnety pouze v nejvýraznější formě).

Kromě magnetostrikce může být hluk způsoben také pracovními olejovými čerpadly a fanoušky chladicích systémů výkonných transformátorů. Elektrodynamické síly ve vinutích a elektromechanická zařízení, která regulují napětí při zatížení, také vytvářejí hluk.

Úroveň tohoto hluku do značné míry závisí na velikosti elektromagnetického zatížení a na celkových rozměrech transformátoru. Hluk je založen na vibraci feromagnetického magnetického obvodu, který doprovází magnetostrikci. Závažnost tohoto jevu závisí na velikosti magnetické indukce, jakož i na struktuře a fyzických vlastnostech samotné elektrické oceli. Vibrace jsou dále přenášeny na podpěry oleje a jádra a z podpěr oleje a jádra - přímo do nádrže.

Protože vlnová délka síťové frekvence v transformátorovém oleji je přibližně 12 metrů a stěna nádrže je umístěna v malé vzdálenosti od jádra, nádrž zcela přijímá a reprodukuje odpovídající vibrace blízkých částí jádra.

Někdy se jiné zdroje hluku ukážou jako hlasitější, například stejný aktivní chladicí systém, ale obecně dominuje magnetický šum v jádru způsobený magnetostrikcí.

Pod vlivem střídavého magnetického pole dochází k střídání magnetostrikčních deformací jádra. A pokud by ocelové plechy, z nichž bylo jádro čerpáno, zažily napětí přímo úměrné čtverci magnetické indukce, pak by magnetostrikční vibrace měly jednu stabilní frekvenci rovnou 100 Hz pro 50 Hz síť. Ve skutečnosti však tato závislost není přímo úměrná a vibrace a po nich vibrace nádrže vytvářejí hluk s vyššími harmonickými.

Pro elektrickou ocel válcovanou za studena i za tepla jsou k dispozici údaje o relativním kvantitativním prodloužení během magnetostrikce. Plechy válcované za tepla s vysokým obsahem křemíku téměř úplně zabraňují projevu magnetostrikce a 6% křemíku přidaného do transformátorové oceli ji téměř blokuje.Takovou ocel však nelze použít v transformátorech kvůli svým špatným mechanickým vlastnostem.

U oceli válcované za studena se stejnou hodnotou magnetické indukce je prodloužení menší než u oceli válcované za tepla. Ale vzhledem k tomu, že indukce v jádrech oceli válcované za studena je lepší než indukce v případě oceli válcované za tepla, je prodloužení jader přibližně stejná.

Studie prokázaly, že hluk ocelového magnetického obvodu válcovaného za tepla s indukční hodnotou 1,35 T odpovídá hluku studené válcované oceli s magnetickou indukcí 1,55 T. A se zvýšením indukce v jádru ocelového transformátoru válcovaného za studena o 0,1 T se šum zesílí o 8 dB.

Jádro transformátoru se také může dostat do rezonance s vibracemi z magnetostrikce a dokonce is harmonickými vibracemi v magnetickém obvodu. Pokud magnetický obvod nebo části transformátoru spadají do rezonance s těmito harmonickými, pak rozsah šumu s výraznými vrcholy pokryje více harmonických dvojnásobku síťové frekvence.

Experimentálně bylo potvrzeno, že harmonické kmitání magnetických obvodů jsou zvláště výrazné při vysokých hodnotách magnetické indukce, když nelineární část magnetizační křivky přechází v přítomnosti hojnosti harmonických magnetostrikčních vibrací.

Jedna z hlavních složek tohoto hluku v transformátoru patří k příčným vibracím listů. K těmto odlišným vibracím dochází v důsledku rozdílů v délce a tloušťce plechu, v důsledku čehož se faktory prodloužení pro každý plech liší, což vede ke změně mezery spoje v závislosti na okamžitých indukčních hodnotách.

To vede k redistribuci magnetického toku mezi sousedními fóliemi v čase a v důsledku toho dochází k příčným vibracím desek. Magnetický tok se mění v čase as ním i stupeň nasycení feromagnetu. Magnetizační křivka je zkreslená a v důsledku toho se objevují vyšší harmonické a magnetostrikční šum.

Je důležité, aby se délka jádra měnila nejen z magnetostrikce, ale také pod vlivem magnetických sil, které vznikají, když magnetický tok přechází z desky na desku. K tomu dochází, když se paralelní desky vyznačují magnetickou permeabilitou.

Experimentálně bylo potvrzeno, že jak podélné, tak příčné vibrace fólií vytvářejí vibrace a šum přibližně stejné intenzity. Proto i když je jeden ze zdrojů hluku transformátoru zcela potlačen, celkový hluk se nesníží o více než 3 dB.

Reaktory, reaktory se strukturálními vzduchovými mezerami se vyznačují hlukem způsobeným přesně magnetickými silami. Mezi dvěma částmi, oddělenými mezerou, vznikají střídavé přitažlivé síly s dvojnásobnou magnetizační frekvencí.

Hluk způsobený elektrodynamickými silami ve vinutích transformátoru pracujícího pod zatížením je obvykle docela tichý, pokud neexistují axiální vůle, jak je typické pro elastické lisování vinutí. Úroveň zátěže tohoto hlukového transformátoru je proto prakticky nezávislá.

Tato poloha umožňuje normalizovat hladinu hluku transformátoru. Povaha a velikost zátěže je však stále spojena s magnetickou indukcí v transformátorové oceli během provozu, proto úroveň magnetického šumu s výkonem zátěže stále souvisí.

Doufáme, že tento krátký článek umožnil nezkušenému čtenáři dostat odpověď na otázku, proč transformátor bzučí.

To je zajímavé:Jak zjistit sílu a proud transformátoru podle jeho vzhledu