چرا Transformers Hum: The Physics Behind Buzz 100/120 Hz

اصل اصلی: انقباض مغناطیسی

یک هسته ترانسفورماتور از هزاران لایه نازک فولادی ساخته شده است. فولاد به این دلیل انتخاب می شود که شار مغناطیسی را به طور موثر حمل می کند، اما یک اثر جانبی دارد: زمانی که آهنربا می شود، طول فولاد کمی تغییر می کند. این انقباض مغناطیسی است. همانطور که جریان AC مثبت و منفی می شود، هسته دو بار در هر چرخه الکتریکی کشیده و شل می شود. از آنجایی که ماده به بزرگی شار واکنش نشان می دهد، نه جهت آن، فرکانس ارتعاش مکانیکی دو برابر فرکانس الکتریکی است: شبکه 50 هرتز صدای 100 هرتز تولید می کند و شبکه 60 هرتز 120 هرتز تولید می کند.

هر لمینیت تنها چند میکرومتر حرکت می‌کند، اما پشته دارای جرم بزرگ و سطح بزرگی است، بنابراین حرکات کوچک در صدای قابل شنیدن ترکیب می‌شوند. به آن مانند یک چنگال تنظیم فکر کنید: یک لرزش کوچک، که در فرکانس مناسب تکرار می شود، به یک صدای واضح تبدیل می شود.

سه منبع نویز ترانسفورماتور

صدای همه ترانسفورماتورها یکسان نیست. IEC 60076-10 کل قدرت صدا را به سه بخش تقسیم می کند:

1. نویز هسته (بدون بار) - انقباض مغناطیسی، به طور معمول 70-80٪ از کل در ترانسفورماتورهای قدرت متوسط ​​و بزرگ. لحظه ای وجود دارد که ترانسفورماتور انرژی می گیرد و با بار تغییر کمی می کند.
2. نویز سیم پیچ (بار) - نیروهای الکترومغناطیسی بین هادی های حامل جریان و شار نشتی. این نیروهای لورنتس تقریباً با مجذور جریان بار مقیاس می شوند، بنابراین یک ترانسفورماتور با بار 50 درصد حدود 25 درصد از سهم نویز سیم پیچ بار کامل خود را تولید می کند.
3. صدای خنک کننده - فن ها و پمپ های مورد استفاده در خنک کننده ONAF یا OFAF. در واحدهای خنک شونده طبیعی (ONAN) این سهم صفر است. در واحدهای خنک کننده اجباری می تواند بر صدای کلی تسلط داشته باشد.

مثال کاربردی: طراحی پست شهری

یک ترانسفورماتور شبکه 250 MVA می تواند تقریباً 75-80 dB(A) را بدون بار قبل از اجرای هر گونه خنک کننده اجباری ساطع کند. اگر در نزدیکی یک منطقه مسکونی قرار گیرد، محدودیت برنامه ریزی محلی ممکن است 55-65 دسی بل (A) در مرز ملک باشد. مهندس نمی تواند به سادگی روی یک محفظه ببندد و امیدوار باشد. بودجه نویز باید در طراحی شود.

کاهش عملی از هسته شروع می شود. طبق دستورالعمل‌های صنعت، کاهش پیک چگالی شار از 1.7 T به 1.6 T می‌تواند نویز را 2-3 دسی‌بل (A) کاهش دهد، اما هزینه‌های سطح هسته، چرخش‌های اضافی و مس بیشتر را به همراه دارد. فولاد با درجه بالاتر، اتصالات میتردار پله ای، و فشار گیره کنترل شده با دقت، انقباض مغناطیسی و رزونانس لمینیت را کاهش می دهد. هنگامی که کاهش ذاتی تمام شد، محفظه های صوتی می توانند 15-25 دسی بل (A) دیگر را فراهم کنند، اما محدودیت های دسترسی، هزینه و نگهداری را اضافه می کنند.

تصور غلط: "فقط فرکانس سوئیچینگ را کاهش دهید"

در منابع تغذیه حالت سوئیچ، طراحان اغلب تصور می کنند نویز شنیداری از فرکانس سوئیچینگ می آید. اگر فرکانس سوئیچینگ بالاتر از 20 کیلوهرتز باشد، آنها استدلال می کنند، منبع باید بی صدا باشد. از دو جهت اشتباه است.

اولاً، ترانسفورماتور یا هسته سلف همچنان می‌تواند از انقباض مغناطیسی وزوز کند، به خصوص اگر مبدل در حالت انفجار یا چرخه پرش در بار سبک کار کند. پوشش آن پالس‌های نادیده گرفته شده می‌تواند به خوبی در محدوده قابل شنیدن قرار گیرد، حتی اگر فرکانس حامل بالا باشد.

دوم، خازن های سرامیکی می توانند آواز بخوانند. تحت نوسانات سریع ولتاژ، MLCCها اثر پیزوالکتریک معکوس را نشان می‌دهند: میدان الکتریکی سرامیک را از نظر فیزیکی منعطف می‌کند و خازن را به یک بلندگوی کوچک تبدیل می‌کند. جایگزین کردن MLCC متخلف با یک خازن فیلم، استفاده از MLCC های موازی کوچکتر، یا نرم کردن لبه های سوئیچینگ از راه حل های رایج هستند.

واقعیت جالب: صدا یک تشخیص است

یک هوم ثابت 100/120 هرتز طبیعی است. صدای در حال تغییر داده است. تکنسین های باتجربه به افزایش ناگهانی سطح، صداهای جدید تلق، یا ترقه های متناوب گوش می دهند. این تغییرات می تواند نشان دهنده گیره های هسته شل، اشباع اضافه ولتاژ، تخلیه جزئی یا شلی سیم پیچ باشد. بنابراین آزمایش‌های پذیرش کارخانه یک خط پایه صوتی را ثبت می‌کنند. بدون آن، تشخیص بعدی به حدس و گمان تبدیل می شود.