Dlaczego buczenie transformatora?

Nauczyciel pyta Vovochkę: - Vovochka i z kim pracuje twój tata? - Transformator, Maria Iwanowna. - A jak to jest? - Cóż, dostaje 380 rubli, daje 220 matce, a pozostałe 160 brzęczy ...

Dlaczego buczenie transformatora? Czy kiedykolwiek myślałeś o tym? Ktoś powie, że dzieje się tak, ponieważ cewki są źle zamocowane między sobą lub oscylacje drgają, pukając w żelazo. Może obszar rdzenia okazał się mniejszy niż wymagany przez obliczenia, czy też podczas uzwojenia okazało się zbyt wiele woltów na obrót? Czy podana częstotliwość odpowiada temu materiałowi rdzenia? Ale zrozummy.

W rzeczywistości przyczyną szumu transformatora jest początkowo magnetostrykcja. Magnetostrykcja to zjawisko zmian wielkości i kształtu ciała ferromagnetycznego pod wpływem przemiennego pola magnetycznego.

Wymiary i kształt ciał ferromagnetycznych zależą od stanu ich magnesowania. James Joule w 1842 r po pierwsze odkrył, że gdy żelazo jest wprowadzane do pola magnetycznego, to zmienia ono swój kształt, wydłużając się w jednym kierunku względem pola i skracając w innych. Objętość ciała nie zmieniła się zauważalnie.

Tak więc, jeśli ferromagnes zostanie umieszczony w polu magnetycznym, spowoduje to przede wszystkim zmianę jego magnetyzacji. Jednocześnie nastąpi zmiana wielkości ciała z powodu tego, że spontaniczne namagnesowanie zmienia swój kierunek w różnych częściach ciała, a zatem zmienia się również kierunek spontanicznych deformacji w nich. Jest to właściwość nieodłączna dla wszystkich ciał (ferromagnesy tylko w najbardziej uderzającej formie).

Oprócz magnetostrykcji hałas może być powodowany przez pracujące pompy olejowe i wentylatory układów chłodzenia potężnych transformatorów. Siły elektrodynamiczne w uzwojeniach i urządzenia elektromechaniczne regulujące napięcie pod obciążeniem również wytwarzają hałas.

W znacznym stopniu poziom tego hałasu zależy od wielkości obciążenia elektromagnetycznego i ogólnych wymiarów transformatora. A hałas opiera się na wibracjach ferromagnetycznego obwodu magnetycznego, który towarzyszy magnetostrykcji. Nasilenie tego zjawiska zależy od wielkości indukcji magnetycznej, a także od struktury i właściwości fizycznych samej stali elektrycznej. Ponadto wibracje przenoszone są na wsporniki oleju i rdzenia, a także ze wsporników oleju i rdzenia - bezpośrednio do zbiornika.

Ponieważ długość fali częstotliwości sieci w oleju transformatorowym wynosi około 12 metrów, a ściana zbiornika znajduje się w niewielkiej odległości od rdzenia, zbiornik całkowicie odbiera i odtwarza odpowiednie wibracje pobliskich części rdzenia.

Czasami inne źródła hałasu okazują się głośniejsze, na przykład ten sam aktywny układ chłodzenia, jednak generalnie dominuje szum magnetyczny rdzenia spowodowany magnetostrykcją.

Pod wpływem zmiennego pola magnetycznego rdzeń napotyka naprzemienne odkształcenia magnetostrykcyjne. A jeśli blachy stalowe, z których rdzeń został wyciągnięty, doświadczyłyby rozciągania w bezpośredniej proporcji do kwadratu indukcji magnetycznej, wówczas drgania magnetostrykcyjne miałyby jedną stałą częstotliwość równą 100 Hz dla sieci 50 Hz. Jednak w rzeczywistości ta zależność nie jest wprost proporcjonalna, a wibracje, a po nich wibracje zbiornika, wytwarzają hałas o wyższych harmonicznych.

Dostępne są zarówno dane dotyczące stali walcowanej na zimno, jak i walcowanej na gorąco, dotyczące względnego wydłużenia ilościowego podczas magnetostrykcji. Walcowana na gorąco blacha stalowa o wysokiej zawartości krzemu prawie całkowicie zapobiega przejawowi magnetostrykcji, a 6% krzemu dodanego do stali transformatorowej prawie ją blokuje.Ale taka stal nie może być stosowana w transformatorach z powodu złych właściwości mechanicznych.

W stali walcowanej na zimno o tej samej wartości indukcji magnetycznej wydłużenie jest mniejsze niż w stali walcowanej na gorąco. Ale ze względu na fakt, że indukcja w rdzeniach stali walcowanej na zimno przekracza indukcję dla stali walcowanej na gorąco, wydłużenia rdzeni są w przybliżeniu takie same.

Badania wykazały, że hałas stalowego obwodu magnetycznego walcowanego na gorąco o wartości indukcji 1,35 T odpowiada hałasowi stali walcowanej na zimno o indukcji magnetycznej 1,55 T. A wraz ze wzrostem indukcji w rdzeniu stalowego transformatora walcowanego na zimno o 0,1 T hałas staje się silniejszy o 8 dB.

Rdzeń transformatora może również wejść w rezonans z wibracjami pochodzącymi z magnetostrykcji, a nawet z harmonicznymi drgań w obwodzie magnetycznym. Jeśli obwód magnetyczny lub części transformatora wpadną w rezonans z tymi harmonicznymi, wówczas zakres szumu z wyraźnymi pikami obejmie wielokrotne harmoniczne o dwukrotności częstotliwości sieci.

Potwierdzono eksperymentalnie, że harmoniczne drgań obwodu magnetycznego są szczególnie wyraźne przy wysokich wartościach indukcji magnetycznej, gdy nieliniowa część krzywej magnesowania przechodzi w obecności wielu harmonicznych drgań magnetostrykcyjnych.

Jednym z głównych składników tego hałasu w transformatorze są drgania poprzeczne blach. Te wyraźne wibracje występują z powodu różnic w długości i grubości arkusza, w wyniku czego współczynniki wydłużenia dla każdego arkusza są różne, co prowadzi do zmiany szczeliny złącza w zależności od chwilowych wartości indukcji.

Prowadzi to do redystrybucji w czasie strumienia magnetycznego między sąsiednimi arkuszami, w wyniku czego uzyskuje się drgania poprzeczne arkuszy. Strumień magnetyczny zmienia się w czasie, a wraz z nim stopień nasycenia ferromagnesu. Krzywa magnetyzacji jest zniekształcona, w wyniku czego pojawiają się wyższe harmoniczne i hałas magnetostrykcyjny.

Ważne jest, aby długość rdzenia zmieniała się nie tylko od magnetostrykcji, ale także pod wpływem sił magnetycznych, które powstają podczas przejścia strumienia magnetycznego z płyty na płytkę. Dzieje się tak, gdy równoległe płyty wyróżniają się przepuszczalnością magnetyczną.

Potwierdzono eksperymentalnie, że zarówno drgania podłużne, jak i poprzeczne blach generują drgania i hałas o w przybliżeniu tej samej intensywności. Dlatego nawet jeśli jedno ze źródeł szumu transformatora zostanie całkowicie stłumione, całkowity hałas nie zmniejszy się o więcej niż 3 dB.

Reaktory, reaktory posiadające strukturalne szczeliny powietrzne wyróżniają się hałasem powodowanym właśnie przez siły magnetyczne. Pomiędzy dwiema częściami oddzielonymi szczeliną powstają przemienne siły przyciągania o podwójnej częstotliwości magnesowania.

Hałas wywołany siłami elektrodynamicznymi w uzwojeniach transformatora pracującego pod obciążeniem jest zwykle dość cichy, jeśli nie występuje luz osiowy, co jest typowe dla prasowania elastycznego uzwojenia. Dlatego poziom obciążenia tego transformatora szumów jest praktycznie niezależny.

Ta pozycja pozwala znormalizować poziom hałasu transformatora. Jednak charakter i wielkość obciążenia jest nadal związana z indukcją magnetyczną stali transformatorowej podczas pracy, dlatego poziom hałasu magnetycznego z mocą obciążenia jest nadal związany.

Mamy nadzieję, że ten krótki artykuł pozwolił niedoświadczonemu czytelnikowi uzyskać odpowiedź na pytanie, dlaczego transformator brzęczy.

To interesujące:Jak sprawdzić moc i prąd transformatora według jego wyglądu