Perché un trasformatore ronza o ronza? Cause, livelli sonori normali e soluzioni

Un trasformatore laminato da 500 VA posizionato su un banco da lavoro emette un tono basso e costante che puoi sentire dall'altra parte della stanza e non c'è niente di sbagliato in questo. Su un'alimentazione a 50 Hz la nota si trova vicino a 100 Hz; su un'alimentazione a 60 Hz si trova vicino a 120 Hz. Quel suono è l'acciaio che cambia forma in un campo magnetico, non un componente sul punto di guastarsi.

La risposta è breve: il ronzio deriva principalmente dalla magnetostrizione, la piccola espansione e contrazione del nucleo in acciaio quando il campo magnetico si inverte, oltre alle forze magnetiche che agiscono sugli avvolgimenti. Qualunque cosa sia imbullonata al trasformatore, amplifica quella vibrazione. Un tono costante al doppio della frequenza di linea è un comportamento normale.

Tono basso e costante, tono costante: ronzio normale.
Ronzio che sale e scende con il carico: forze di avvolgimento e di piombo.
Ronzio stridente dopo l'aggiunta di un raddrizzatore o di un azionamento: polarizzazione CC o armoniche.
Crepitii, scoppiettii, colpi o un improvviso cambio di tono: fermati e indaga.

Il resto di questo articolo spiega ciascuna fonte, mostra come separare un normale ronzio da un guasto ed elenca cosa riduce effettivamente il rumore.

Da dove viene il ronzio

Domina la magnetostrizione. L'acciaio al silicio a grani orientati, il materiale di quasi tutti i nuclei laminati, cambia leggermente dimensione quando viene magnetizzato, con una deformazione dell'ordine di poche parti per milione. Poiché il cambiamento avviene in entrambe le metà del ciclo, il nucleo vibra a 100 Hz su alimentazioni a 50 Hz e a 120 Hz su alimentazioni a 60 Hz, con le armoniche sovrapposte. Un nucleo azionato da 1,6 T a 1,7 T si muove più di uno azionato a 1,2 T, motivo per cui i progetti silenziosi utilizzano più acciaio del nucleo e più spire anziché semplicemente un valore kVA maggiore.

Gli avvolgimenti vengono in secondo piano. La corrente nei conduttori adiacenti crea forze proporzionali al quadrato della corrente, quindi la vibrazione dell'avvolgimento aumenta con il carico mentre il ronzio del nucleo rimane quasi lo stesso da senza carico a pieno carico. Su una piccola unità EI il cambiamento è appena udibile; su una grande unità a secco può raggiungere diversi decibel.

La struttura viene al terzo posto ed è spesso il maggiore moltiplicatore. Un trasformatore fissato a un pannello flessibile in acciaio, a una parete con montanti o a un pavimento cavo irradia molto più suono rispetto alla stessa unità su un basamento di cemento. I pannelli dell'involucro, i condotti e i canali di montaggio hanno ciascuno la propria risonanza e un pannello che risuona a 100 Hz può trasformare una vibrazione modesta in un drone che riempie la stanza. I ventilatori e le pompe, se installati, aggiungono rumore a banda larga.

Magnetostrizione del nucleo: 58%
Forze di avvolgimento e di guida: 16%
Risonanza della cassa: 16%
Ventilatori e ausiliari: 10%

Ripartizione indicativa del rumore udibile per un trasformatore di tipo a secco caricato, misurato a un metro. L'equilibrio cambia con le dimensioni, il materiale del nucleo e il montaggio.

Perché il ronzio diventa più forte

La densità del flusso dipende dalla tensione e dalla frequenza applicate, non dal carico. Un trasformatore progettato per 220 V a 50 Hz corre vicino al suo flusso di progetto; aumentare l'alimentazione a 240 V e il nucleo viene spinto più forte di circa il 9%. Al di sotto del ginocchio della curva di magnetizzazione il suono extra è modesto. Al di sopra di esso, il nucleo si satura durante parte di ogni mezzo ciclo, la forma d'onda corrente si distorce e il ronzio diventa più forte, più aspro e più ricco di armoniche.

Sovratensione ed effetto notturno

La tensione di rete aumenta quando la domanda diminuisce, quindi il trasformatore spesso suona più forte a tarda notte. Se di sera il ronzio su un'unità di distribuzione aumenta notevolmente, misurare la fornitura con un contatore a vero valore efficace prima di presumere un guasto. Una modifica della presa o una piccola riduzione della tensione primaria spesso ripristina il livello sonoro originale.

Polarizzazione CC

La corrente continua in un avvolgimento spinge il nucleo in modo asimmetrico verso la saturazione e produce un ronzio aspro invece di un tono morbido. Raddrizzatori a semionda, caricabatterie non filtrati e alcune apparecchiature di saldatura sono cause comuni all'interno di un impianto; i disturbi geomagnetici fanno la stessa cosa con i grandi trasformatori di rete.

Armoniche e risonanza

Gli azionamenti a frequenza variabile, gli alimentatori a commutazione e i driver LED assorbono corrente in brevi impulsi. Quelle correnti armoniche creano il proprio schema di forza negli avvolgimenti e conferiscono al ronzio un aspetto stridulo. In altri casi non è cambiato assolutamente nulla dal punto di vista elettrico: un'eccitazione a 100 Hz o 120 Hz corrisponde semplicemente alla frequenza di risonanza di un pannello, e premere una mano contro la custodia durante l'ascolto è il modo più veloce per trovarla.

Ronzio normale o segnale di pericolo?

Il ronzio normale è costante, basso e prevedibile. Guasti e problemi elettrici raramente sono così educati e vale la pena indagare su qualsiasi cambiamento improvviso nel suono.

Suoni comuni dei trasformatori, loro probabili cause e la prima risposta appropriata.
Quello che senti	Probabile causa	Prima risposta
Tono basso costante a 100 o 120 Hz	Magnetostrizione nel nucleo	Normale; montare supporti isolanti se la stanza è silenziosa
Hum che cresce con il carico	Forze degli avvolgimenti e correnti armoniche	Controllare il profilo di carico e lo spettro armonico
Più forte di notte o con alta tensione di alimentazione	Sovraeccitazione del nucleo	Misurare la tensione di alimentazione e controllare l'impostazione della presa
Forte ronzio da quando è stato installato un raddrizzatore	Polarizzazione CC or high harmonic current	Installare il blocco CC o rivedere la progettazione del carico
Sonaglio metallico che si ferma quando si preme un pannello	Pannello, bullone o staffa allentati	Serrare nuovamente i fissaggi e aggiungere smorzamento
Scoppiettante, scoppiettante, frizzante	Arco elettrico o stress di isolamento	Togliere immediatamente la tensione e far ispezionare l'unità
Forti colpi o colpi	Bloccaggio del nucleo allentato o guasto interno	Togliere dal servizio e ispezionare
Gorgoglio o gorgogliamento in un'unità piena d'olio	Gas nell'olio	Campionamento dell'olio e controllo completo

Ciò che effettivamente riduce il rumore

Installazione e montaggio

Evitare pareti con montanti, controsoffitti e pavimenti cavi; montare su una superficie rigida e caricata di massa.
Tenere le unità fuori dagli angoli, dalle scale e dai corridoi stretti, dove il suono riflesso si accumula.
Utilizzare cuscinetti in neoprene per piccole unità EI e toroidali e isolatori a molla o in gomma a taglio superiori a circa 50 kVA.
Utilizzare condotti flessibili e collegamenti intrecciati in modo che le vibrazioni non si diffondano lungo le tubazioni rigide.

Correzioni meccaniche

Riserrare i morsetti centrali e i fissaggi della custodia alle figure del produttore; il ciclo termico li allenta.
Aggiungere vinile caricato in massa o schiuma acustica ai pannelli, mantenendo liberi i percorsi di ventilazione.
Controllare le autorizzazioni. Un cavo che tocca una copertura vibrante emetterà un ronzio molto più forte del trasformatore stesso.

Scelte progettuali

Specificare una densità di flusso inferiore; le unità silenziose trasportano più acciaio centrale e più giri.
Richiedi giunti con nucleo smussato a gradini, che si fissano più rigidamente rispetto ai semplici giunti di testa.
Tratta i nuclei amorfi con cura: riducono le perdite senza carico ma di solito funzionano più rumorosamente.
Per i tipi toroidali e audio, la verniciatura sottovuoto o l'invasatura bloccano insieme l'assemblaggio ed eliminano la maggior parte del ronzio.

Specificare il silenzio dall'inizio

Laddove un trasformatore si trovi vicino a postazioni di lavoro, stanze di degenza o appartamenti, il rumore rientra nella scheda delle specifiche. I test acustici in fabbrica vengono eseguiti in un ambiente silenzioso; la stessa unità in una stanza reale solitamente misura da 3 dB a 5 dB in più a causa delle riflessioni e del rumore di fondo.

Livelli sonori tipici a un metro per i tipi comuni di trasformatori. I valori sono indicativi e dipendono dal progetto, dal carico e dallo standard utilizzato.

Tutto ciò che conta deve essere scritto nell'ordine:

Un livello sonoro garantito in dB(A) a un metro, misurato secondo la norma IEC 60076-10 per i trasformatori di potenza o il relativo standard di tipo secco.
Massima densità di flusso alla tensione nominale più 5%, con l'impegno che il progetto rimanga al di sotto di tale valore.
Lo spettro armonico e qualsiasi componente CC del carico, quindi il nucleo e l'avvolgimento possono essere dimensionati per questo.
Se sono inclusi supporti isolanti, connessioni flessibili e una cabina insonorizzata ventilata.
Un rapporto di prova del suono con lo spettro di 1/3 d'ottava per siti sensibili al rumore.

Nella maggior parte dei casi, il nucleo in acciaio aggiuntivo costa meno di una cappa acustica e rimuove il rumore alla fonte. Un produttore che avvolge e testa le proprie unità di solito può citare entrambe le opzioni, quindi indica la cifra di decibel target e le condizioni di montaggio quando richiedi un progettazione personalizzata del trasformatore .

Domande frequenti

Un trasformatore ronzante è pericoloso?

Quasi mai. Il ronzio appare non appena l'unità viene alimentata, anche senza nulla collegato al secondario. Scoppiettii, scoppiettii, odore di bruciato o un improvviso cambiamento di tono sono i segnali che richiedono attenzione.

Perché il suono è più forte di notte?

La tensione di alimentazione aumenta al diminuire della domanda e il rumore di fondo nell'edificio diminuisce. Entrambi gli effetti spingono ulteriormente lo stesso ronzio nella tua consapevolezza.

Un trasformatore può essere completamente silenzioso?

No. Ogni nucleo energizzato vibra. L'obiettivo realistico è un livello inferiore al rumore di fondo della stanza nella posizione di ascolto.

Un valore kVA maggiore significa meno rumore?

Non da solo. Le valutazioni standard sono progettate per densità di flusso simili. Il rumore diminuisce solo quando viene specificata una densità di flusso inferiore e pagata nel materiale del nucleo.

Il carico modifica il ronzio?

Il ronzio del core rimane più o meno costante da senza carico a pieno carico. Le forze dell'avvolgimento aumentano con il quadrato della corrente, quindi il suono cresce e si indurisce all'aumentare del carico.

Il rumore del trasformatore è una questione di progettazione e installazione molto prima che diventi una questione di manutenzione. Un tono costante a 100 Hz o 120 Hz indica che il nucleo sta facendo il suo lavoro; un nuovo sonaglio, crepitio o cambio di tono ti dice di guardare più da vicino. Misurare la tensione di alimentazione, le armoniche di carico e il livello sonoro a un metro di solito identifica la causa in un pomeriggio, e quegli stessi tre numeri definiscono cosa chiedere all'ordine successivo. Il nostro background nella produzione di trasformatori EI laminati, toroidali e con nucleo C è riassunto in sulla pagina .