¿Por qué está zumbando el transformador?

La maestra le pregunta a Vovochka: - Vovochka, ¿y con quién trabaja tu papá? - Transformador, Maria Ivanovna. - Y como es eso? - Bueno, él recibe 380 rublos, le da 220 a su madre y le avisa a los 160 restantes ...

¿Por qué está zumbando el transformador? ¿Alguna vez has pensado en esto? Alguien dirá que esto se debe a que las bobinas están mal fijadas entre sí o los devanados oscilan, golpeando el hierro. ¿Quizás el área del núcleo resultó ser menor que la requerida por los cálculos, o se produjeron demasiados voltios por vuelta durante el devanado? ¿La frecuencia suministrada corresponde a este material central? Vamos a entender, sin embargo.

De hecho, la causa del zumbido del transformador es inicialmente la magnetostricción. La magnetostricción es el fenómeno de los cambios en el tamaño y la forma de un cuerpo ferromagnético bajo la influencia de un campo magnético alterno.

Los tamaños y la forma de los cuerpos ferromagnéticos dependen del estado de su magnetización. James Joule en 1842 descubrió por primera vez que cuando se introduce hierro en el campo magnético, este último cambia su forma, alargándose en una dirección en relación con el campo y acortándose en la otra. El volumen corporal del cuerpo no cambió notablemente.

Entonces, si se coloca un ferromagnet en un campo magnético, esto conducirá principalmente a un cambio en su magnetización resultante. Al mismo tiempo, se producirá un cambio en el tamaño del cuerpo debido al hecho de que la magnetización espontánea cambia su dirección en varias partes del cuerpo y, por lo tanto, también cambia la dirección de las deformaciones espontáneas en ellos. Esta es una propiedad inherente a todos los cuerpos (ferromagnetos solo en la forma más llamativa).

Además de la magnetostricción, las bombas de aceite y los ventiladores de los sistemas de enfriamiento de transformadores potentes pueden causar ruido. Las fuerzas electrodinámicas en los devanados y los dispositivos electromecánicos que regulan el voltaje bajo carga también crean ruido.

En gran medida, el nivel de este ruido depende de la magnitud de la carga electromagnética y de las dimensiones generales del transformador. Y el ruido se basa en la vibración de un circuito magnético ferromagnético que acompaña a la magnetostricción. La gravedad del fenómeno depende de la magnitud de la inducción magnética, así como de la estructura y las características físicas del acero eléctrico en sí. Además, la vibración se transmite a los soportes de aceite y núcleo, y desde los soportes de aceite y núcleo, directamente al tanque.

Dado que la longitud de onda para la frecuencia de la red en el aceite del transformador es de aproximadamente 12 metros, y la pared del tanque está ubicada a una pequeña distancia del núcleo, el tanque recibe y reproduce por completo las vibraciones correspondientes de las partes cercanas del núcleo.

A veces, otras fuentes de ruido resultan ser más fuertes, por ejemplo, el mismo sistema de enfriamiento activo, sin embargo, es el ruido magnético central causado por la magnetostricción el que generalmente domina.

Bajo la influencia de un campo magnético alterno, el núcleo experimenta deformaciones magnetoestrictivas alternas. Y si las láminas de acero de las cuales se extrajo el núcleo experimentarían una tensión directamente proporcional al cuadrado de la inducción magnética, entonces las vibraciones magnetoestrictivas tendrían una frecuencia estable igual a 100 Hz para una red de 50 Hz. Sin embargo, en realidad esta dependencia no es directamente proporcional, y las vibraciones, y después de ellas la vibración del tanque, producen ruido con armónicos más altos.

Para los aceros eléctricos laminados en frío y en caliente, se dispone de datos sobre el alargamiento cuantitativo relativo durante la magnetostricción. La chapa de acero laminada en caliente con un alto contenido de silicio evita casi por completo la manifestación de magnetostricción, y el 6% de silicio agregado al acero del transformador casi lo bloquea.Pero dicho acero no puede usarse en transformadores debido a sus pobres características mecánicas.

En el acero laminado en frío, con el mismo valor de inducción magnética, el alargamiento es menor que en el acero laminado en caliente. Pero debido al hecho de que la inducción en los núcleos de acero laminado en frío es superior a la inducción para el acero laminado en caliente, los alargamientos de los núcleos son aproximadamente los mismos.

Los estudios han demostrado que el ruido de un circuito magnético de acero laminado en caliente con un valor de inducción de 1.35 T corresponde al ruido del acero laminado en frío con una inducción magnética de 1.55 T. Y con un aumento de la inducción en el núcleo de un transformador de acero laminado en frío en 0.1 T, el ruido se vuelve más fuerte en 8 dB.

El núcleo del transformador también puede entrar en resonancia con las vibraciones de la magnetostricción e incluso con los armónicos de las vibraciones en el circuito magnético. Si el circuito magnético o partes del transformador entran en resonancia con estos armónicos, entonces el rango de ruido con picos pronunciados cubrirá múltiples armónicos del doble de la frecuencia de la red.

Se confirmó experimentalmente que los armónicos de las vibraciones del circuito magnético son especialmente pronunciados a altos valores de inducción magnética, cuando una porción no lineal de la curva de magnetización transita en presencia de una gran cantidad de armónicos de vibraciones magnetoestrictivas.

Uno de los componentes principales de este ruido en el transformador pertenece a las vibraciones transversales de las láminas. Estas vibraciones distintas se producen debido a las diferencias en la longitud y el grosor de la lámina; como resultado, los factores de alargamiento para cada lámina son diferentes, y esto conduce a un cambio en el espacio de la junta en función de los valores de inducción instantánea.

Esto conduce a una redistribución en el tiempo del flujo magnético entre láminas adyacentes, y como resultado se obtienen vibraciones transversales de las láminas. El flujo magnético cambia con el tiempo, y con él el grado de saturación del ferromagnet. La curva de magnetización está distorsionada y, como resultado, aparecen armónicos más altos y ruido de magnetostricción.

Es importante que la longitud del núcleo cambie no solo por la magnetostricción, sino también bajo la influencia de las fuerzas magnéticas que surgen durante la transición del flujo magnético de una placa a otra. Esto sucede cuando las placas paralelas se distinguen por la permeabilidad magnética.

Se confirmó experimentalmente que las vibraciones longitudinales y transversales de las láminas generan vibraciones y ruido de aproximadamente la misma intensidad. Por lo tanto, incluso si una de las fuentes de ruido del transformador se suprime por completo, el ruido total no disminuirá en más de 3 dB.

Los reactores, los reactores que tienen espacios de aire estructurales se distinguen por el ruido causado precisamente por las fuerzas magnéticas. Entre dos partes, separadas por un espacio, surgen fuerzas de atracción alternas con una frecuencia de magnetización doble.

El ruido causado por las fuerzas electrodinámicas en los devanados de un transformador que funciona bajo carga suele ser bastante silencioso si no hay holgura axial, como es típico en el prensado de devanados elásticos. Por lo tanto, el nivel de carga de este transformador de ruido es prácticamente independiente.

Esta posición le permite normalizar el nivel de ruido del transformador. Sin embargo, la naturaleza y magnitud de la carga todavía está asociada con la inducción magnética en el acero del transformador durante la operación, por lo tanto, el nivel de ruido magnético con la potencia de la carga todavía está relacionado.

Esperamos que este breve artículo permita a un lector inexperto obtener una respuesta a la pregunta de por qué el transformador está zumbando.

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