Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Почему гудит трансформатор, источники вибрации и шума, что такое магнитострикция
Количество просмотров: 90589
Комментарии к статье: 14


Почему гудит трансформатор, источники вибрации и шума, что такое магнитострикция


Учительница спрашивает Вовочку: - Вовочка, а кем работает твой папа? - Трансформатором, Марья Ивановна. - А это как так? - Ну, он 380 рублей получает, 220 маме отдает, а на остальные 160 гудит…

А почему гудит трансформатор? Вы когда-нибудь задумывались об этом? Кто-то скажет что это от того, что плохо закреплены между собой витки или обмотки колеблются, стукаясь о железо. Может быть площадь сердечника оказалась меньше требуемой по расчетам или слишком много вольт на виток получилось при намотке? А соответствует ли подаваемая частота данному материалу сердечника? Давайте, однако, разбираться.

Силовой трансформатор на трансформаторной подстанции

На самом деле причиной гудения трансформатора изначально является магнитострикция. Магнитострикцией называется явление изменения размеров и формы ферромагнитного тела под действием переменного магнитного поля.

Размеры и форма ферромагнитных тел зависят от состояния их намагниченности. Джеймс Джоуль в 1842 r. впервые обнаружил, что при внесении в магнитное поле железа последнее меняет свою форму, удлиняясь по одним направлениям относительно поля и укорачиваясь по другим. Объем тела тела при этом заметно не менялся.

Итак, если ферромагнетик поместить в магнитное поле, то это прежде всего приведет к изменению его результирующей намагниченности.

Одновременно с этим будет происходить изменение размеров тела из-за тoгo, что спонтанная намагниченность меняет своё направление в различных участках тела, а следовательно, меняется и направление спонтанных деформаций в них. Это свойство, которое присуще всем телам (ферромагнетикам лишь в наиболее яркой форме).

Почему гудит трансформатор

Кроме магнитострикции причинами шума могут быть работающие масляные насосы и вентиляторы систем охлаждения мощных трансформаторов. Электродинамические усилия в обмотках и электромеханические устройства, регулирующие напряжение под нагрузкой, также создают шум.

гудит трансформатор

В существенной степени уровень этого шума зависит от величины электромагнитной нагрузки и габаритных размеров трансформатора. И в основе шума именно вибрация ферромагнитного магнитопровода, сопровождающая магнитострикцию.

Степень выраженности явления зависит от величины магнитной индукции, а также от структуры и от физических характеристик самой электротехнической стали. Далее вибрация передается маслу и опорам сердечника, а от масла и опор сердечника — непосредственно баку.

шихтованный магнитопровод трансформатора

Поскольку длина волны для сетевой частоты в трансформаторном масле составляет приблизительно 12 метров, а стенка бака расположена на небольшом расстоянии от сердечника, то бак полностью принимает и воспроизводит соответствующие вибрации близлежащих частей сердечника.

Иногда прочие источники шума оказываются громче, например та же система активного охлаждения, однако в целом доминирует именно магнитный шум сердечника, вызванный магнитострикцией.

магнитострикционные деформации

Под действием переменного магнитного поля, сердечник испытывает переменные магнитострикционные деформации. И если бы листы стали, из которых набран сердечник, испытывали бы растяжения прямо пропорционально квадрату магнитной индукции, то магнитострикционные колебания обладали бы одной устойчивой частотой, равной 100 Гц для сетевых 50 Гц. Однако на деле эта зависимость не прямопропорциональна, и колебания, а за ними и вибрация бака, выдают шум с высшими гармониками.

магнитострикция

Как для холоднокатаной, так и для горячекатаной электротехнических сталей данные по относительному количественному удлинению при магнитострикции имеются. Горячекатаная листовая сталь с повышенным содержанием кремния практически полностью препятствует проявлению магнитострикции, и 6% кремния, добавленные в трансформаторную сталь, почти блокируют ее. Но такую сталь невозможно применять в трансформаторах в силу не лучших механических ее характеристик.

У холоднокатаной стали, при том же значении магнитной индукции, относительное удлинение оказывается меньше, чем у стали горячекатаной. Но в силу того, что индукция в сердечниках из холоднокатаной стали превосходит индукцию для стали горячекатаной, удлинения сердечников оказываются приблизительно одинаковыми.

Исследования показали, что шум магнитопровода из горячекатаной стали при значении индукции в 1,35 Тл соответствует шуму холоднокатаной стали при магнитной индукции 1,55 Тл. А при увеличении индукции в сердечнике трансформатора из холоднокатаной стали на 0,1 Тл, шум становится сильнее на 8 дБ.

 

Трансформаторный сердечник может также попасть в резонанс с колебаниями от магнитострикции, да еще и с гармониками вибраций в магнитопроводе. Если магнитопровод или детали трансформатора угодят в резонанс с данными гармониками, то диапазон шума с ярко выраженными пиками охватит кратные гармоники удвоенной сетевой частоты.

Экспериментально подтверждено, что гармоники вибраций магнитопровода особо ярко выражены при высоких значениях магнитной индукции, когда происходит переход нелинейного участка кривой намагничивания при наличии обилия гармоник магнитострикционных вибраций.

силовой трансформатор

Одна из главных составляющих этого шума в трансформаторе принадлежит поперечным колебаниям листов. Эти отчетливые вибрации возникают вследствие различия листов по длине и толщине, в итоге коэффициенты удлинения для каждого листа различны, а это ведет к изменению зазора сочленений в функции мгновенных значений индукции.

Это ведет к перераспределению во времени магнитных потоков между соседними листами, и в итоге получаются поперечные вибрации листов. Магнитный поток изменяется во времени, а вместе с ним и степень насыщения ферромагнетика. Кривая намагниченности искажается, и как следствие, появляются высшие гармоники и шум магнитострикции.

Важно, что длина сердечника изменяется уже не только от магнитострикции, но и под действием магнитных сил, которые возникают при переходе магнитного потока от пластины к пластине. Так получается тогда, когда параллельно расположенные пластины отличаются магнитной проницаемостью.

Экспериментально подтверждено, что как продольные, так и поперечные колебания листов порождают вибрации и шум приблизительно одинаковой интенсивности. Поэтому, даже если полностью подавить один из источников шума трансформатора, общий шум не снизится более чем на 3 дБ.

Реакторы, дроссели, имеющие конструктивные воздушные зазоры, отличает шум, вызванный именно магнитными силами. Между двумя частями, разделенными зазором, возникают переменно силы притяжения с удвоенной частотой намагничивания.

Шум, вызываемый электродинамическими силами в обмотках трансформатора, работающего под нагрузкой, как правило довольно тих, если отсутствуют осевые люфты, как это свойственно для упругой прессовки обмоток. Поэтому от нагрузки уровень этого шума трансформатора практически не зависит.

Данное положение позволяет нормировать уровень шума трансформатора. Однако характер и величина нагрузки все же связаны с магнитной индукцией в трансформаторной стали в процессе работы, поэтому уровень магнитного шума с мощностью нагрузки все же связан.

Надеемся, что эта небольшая статья позволила неискушенному читателю получить ответ на вопрос, почему же гудит трансформатор.

Это интересно: Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Для более глубокого понимания силовых трансформаторов и их роли в энергетической системе, рекомендуем ознакомиться с нашей статьей Применение силовых трансформаторов в энергетике. Здесь вы найдете полезные сведения о параметрах, структуре и эксплуатации этих ключевых электрических машин.

Андрей Повный

Главный редактор сайта Электрик Инфо. Инженер-электрик с опытом работы на промышленных предприятиях, преподаватель спецдисциплин в колледже.

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Всё о магнитострикции: влияние на трансформаторы и асинхронные двигатели
  • Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду
  • Кто придумал и сделал первый трансформатор
  • Потери на гистерезис и вихревые токи
  • Как устроен и работает трансформатор, какие характеристики учитываются при ...
  • Как напряжение преобразуется в ток
  • Катушки индуктивности и магнитные поля
  • Как сделать электромагнит в домашних условиях
  • Катушки индуктивности и магнитные поля. Часть 2. Электромагнитная индукция ...
  • Что делать, если гудит и трещит автоматический выключатель в электрощите
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    FAQ, Трансформаторы, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Борис |

    Магнитострикция это изменение размеров магнитных материалов во время намагничивания может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто магнитное насыщение материала. Этот эффект является причиной гула, который мы слышим в трансформаторе. Магнитострикцию можно рассчитать. Частичное изменение длины при увеличении намагниченности от 0 до значения насыщения обозначается λ. Если длина ферромагнитного стержня равна L и после намагничивания от нулей до уровня насыщения, изменение длины равно L. Отношение δL к L - это коэффициент магнитострикции Джоуля (λ). λ = δL / L. Происходит потеря энергии из-за трения в ядрах магнитного материала. Этот эффект в основном наблюдается в магнитных материалах, таких как железо, никель, кобальт, железо-алюминиевый сплав и некоторых других сплавах. Эффект Маттеуччи и эффект Видемана связаны с магнитострикцией. Эффект Виллари противоположен эффекту магнитострикции. 

      Комментарии:

    #2 написал: Сергей |

    Если трансформатор погружен в масло, то вибрация распространяется через диэлектрическую жидкость из пластин до наружного кожуха или бака, который является непосредственно тем, что вызывает шум, когда он вибрирует. В случае с сухими трансформаторами, гул производится с помощью пластин и передается непосредственно наружу через воздух.

      Комментарии:

    #3 написал: Павел |

    Замечательная статья!

      Комментарии:

    #4 написал: Даниил |

    Обычно гудит магнитный элемент внутри устройства. Внутри трансформатора находится катушка, которая представляет собой электромагнит. Это сердечник — кусок железа, на который намотаны петли из проволоки. Точно так же практически в каждом электронном устройстве есть катушки и электромагниты. Они питаются от электричества, поэтому включаются и выключаются (обратная полярность) 50 раз в секунду, а из-за небольшой (но все же имеющейся) усадки сердечника при намагничивании или, что еще хуже, для старых трансформаторов, плотно намотанные катушки на самом деле вибрируют. Даже пара параллельных проводов может вибрировать — один из них создает магнитное поле для своего соседа. То же самое происходит во всех видах электроники, от люминесцентных ламп до тостеров. 

      Комментарии:

    #5 написал: Антон Барсуков |

    Очень интересная статья. Спасибо!

      Комментарии:

    #6 написал: Михаил |

    Переменный ток, протекающий через катушки электрического трансформатора, оказывает магнитное воздействие на его железный сердечник. Это заставляет его ​​расширяться и сжиматься, что приводит к гудящему звуку.

      Комментарии:

    #7 написал: Ян |

    Магнитострикция — это свойство магнитных материалов, которое заставляет их изменять форму, когда они находятся в присутствии магнитного поля. Колебания в виде звука вызываются частотой колебаний поля. Это явление является одной из причин того, что вибрации частотой 100 Гц или 120 Гц встречаются в электрических машинах, таких как двигатели и трансформаторы. Это свойство ферромагнитных материалов изменять форму в присутствии магнитных полей.

      Комментарии:

    #8 написал: Леонид Дробышев |

    Магнитострикция — это эффект, который заставляет ферромагнитные материалы вибрировать под действием изменяющихся магнитных полей. Механизмы этого эффекта объясняются ниже: Поскольку магнитное поле воздействует на ферромагнитные материалы со значительной силой, такой материал в магнитном поле слегка изменит форму из-за действующего на него напряжения. Если поле меняет интенсивность и направление, то меняется и интенсивность и направление напряжений. Следовательно, если к ферромагнитному материалу приложить постоянно изменяющееся магнитное поле, будет постоянно меняться напряжение, заставляющее материал вибрировать в соответствии с полем. Этот эффект объясняет, почему силовой трансформатор гудит. Частота гула обычно вдвое превышает частоту изменяющегося поля, потому что каждый цикл действует дважды, вызывая вибрацию материала. Магнитострикция намеренно используется в ультразвуковых преобразователях.

      Комментарии:

    #9 написал: Алина |

    Гул – это внутренняя характеристика трансформатора, которая является результатом физических явлений сердечника и обмотки. В устройствах без нагрузки основным источником шума является магнитострикция магнитопровода. В нагруженном оборудовании источником является вибрация обмотки.

      Комментарии:

    #10 написал: Рябинин Максим Лукич |

    Как технические решения для снижения вибрации и шума трансформаторов могут улучшить качество жизни людей в окружающей среде, например, вблизи подстанций или других электрических узлов в городе, и какие методы контроля шума и вибрации могут быть наиболее эффективными для улучшения здоровья и комфорта жителей городской среды?

      Комментарии:

    #11 написал: Андрей Повный |

    Рябинин Максим Лукич,
    Технические решения для снижения вибрации и шума трансформаторов могут существенно улучшить качество жизни людей в окружающей среде, особенно вблизи подстанций или других электрических узлов в городе. Это может снизить уровень шума и вибрации, которые могут привести к стрессу, бессоннице, проблемам со здоровьем и повышенному уровню раздражительности у людей.

    Некоторые технические решения, которые могут помочь снизить шум и вибрацию, включают:

    • Изоляция трансформаторов - путем использования специальных материалов и технологий, которые помогают уменьшить передачу вибрации и шума на окружающую среду.
    • Использование антивибрационных подушек - это может помочь снизить вибрацию, которая передается от трансформатора на поверхность, на которой он установлен.
    • Установка шумопоглощающих материалов - это может помочь поглотить звуковые волны, которые передаются от трансформатора на окружающую среду.
    • Установка шумозащитных стен и ограждений - это может помочь снизить шум, который передается от трансформатора на окружающую среду.
    • Регулярное техническое обслуживание трансформаторов - это может помочь уменьшить вибрацию и шум, вызванные повреждениями или износом трансформаторов.

      Комментарии:

    #12 написал: Александр |

    Трансформатор может гудеть по разным причинам, но обычно это связано с магнитными полями, которые возникают внутри трансформатора при его работе.

    Когда переменный ток протекает через первичную обмотку трансформатора, он создает магнитное поле, которое пересекает вторичную обмотку и вызывает появление тока в ней. Этот ток вызывает вторичное магнитное поле, которое воздействует на первичную обмотку. Таким образом, возникает электромагнитная связь между первичной и вторичной обмотками.

    В процессе работы трансформатора возникают токи, которые могут вызывать механические колебания в его материалах, таких как сталь или медь. Эти колебания могут приводить к гудению трансформатора, особенно если его конструкция не достаточно прочная или не была спроектирована для минимизации этих колебаний.

    Также гудение трансформатора может быть вызвано резонансными явлениями, когда частота переменного тока близка к резонансной частоте трансформатора. В этом случае возникают дополнительные колебания, которые усиливаются и могут приводить к гудению.

    Наконец, гудение трансформатора может быть вызвано электрическими помехами или перегрузками в электрической сети, которые могут вызывать колебания внутри трансформатора.

     Чтобы устранить гудение трансформатора, необходимо определить причину его возникновения и принять соответствующие меры. Например, можно увеличить прочность конструкции трансформатора или использовать материалы, которые менее подвержены механическим колебаниям. Также можно уменьшить воздействие электрических помех на трансформатор, например, используя фильтры или стабилизаторы напряжения.

      Комментарии:

    #13 написал: Алексей |

    Гудение трансформатора, источники вибрации и шума обычно связаны с явлениями, происходящими в его обмотках и магнитном сердечнике. Гудение трансформатора может возникать из-за магнитострикции - явления, при котором магнитный материал меняет свою форму под воздействием магнитного поля. В процессе работы трансформатора магнитное поле меняется синусоидально, что приводит к расширению и сжатию магнитного сердечника, вызывая механические колебания и звуковые волны, которые мы воспринимаем как гул. Источники вибрации и шума могут быть также связаны с неидеальной конструкцией или креплением трансформатора, а также с неравномерным распределением магнитного поля, что вызывает механические напряжения и колебания. Чтобы уменьшить гудение и шум трансформатора, производители используют специальные магнитоизолирующие материалы, подбирают оптимальную конструкцию и качественно крепят компоненты. Важно также следить за правильным подбором мощности трансформатора и его работой в оптимальных режимах, чтобы минимизировать возможные шумы и вибрации.

      Комментарии:

    #14 написал: Сергей |

    Гудение трансформатора может быть вызвано несколькими причинами. Во-первых, это может быть результатом вибрации пластин сердечника. Во-вторых, гудение может быть вызвано паразитическими резонансами между обмотками и конструкцией трансформатора. В-третьих, гудение может возникать из-за недостатков в конструкции системы охлаждения трансформатора. В любом случае, гудение трансформатора может указывать на его неисправность и необходимость ремонта или замены.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.