Kāpēc transformators kolibrē?

Skolotājs jautā Vovochkai: - Vovochka, un ar ko kopā strādā tavs tētis? - Transformators, Marija Ivanovna. - Un kā tas ir? - Nu, viņš saņem 380 rubļus, dod 220 mātei un buzz atlikušos 160 ...

Kāpēc transformators kolibrē? Vai tu kādreiz par to esi domājis? Kāds teiks, ka tas notiek tāpēc, ka spoles ir slikti nostiprinātas savā starpā vai tinumi oscilējas, klauvējot pie dzelzs. Varbūt serdes laukums izrādījās mazāks nekā prasīts aprēķinos, vai tinuma laikā izrādījās pārāk daudz voltu uz pagriezienu? Vai piegādātā frekvence atbilst šim pamata materiālam? Sapratīsimies tomēr.

Faktiski transformatora kolibri iemesls sākotnēji ir magnetostrikcija. Magnetostrikcija ir feromagnētiskā ķermeņa lieluma un formas izmaiņu parādība mainīga magnētiskā lauka ietekmē.

Feromagnētisko ķermeņu izmēri un forma ir atkarīgi no to magnetizācijas stāvokļa. Džeimss Džouls 1842. gadā vispirms atklāja, ka tad, kad dzelzs tiek ievadīts magnētiskajā laukā, pēdējais maina savu formu, pagarinot vienā virzienā attiecībā pret lauku un saīsinot citos. Ķermeņa ķermeņa tilpums manāmi nemainījās.

Tātad, ja feromagnēts tiek ievietots magnētiskajā laukā, tas galvenokārt noved pie tā radītās magnetizācijas izmaiņām. Tajā pašā laikā mainīsies ķermeņa lielums sakarā ar to, ka spontāna magnetizācija maina tās virzienu dažādās ķermeņa daļās, un tāpēc mainās arī spontāno deformāciju virziens tajās. Šis ir īpašums, kas raksturīgs visiem ķermeņiem (feromagnēti tikai visspilgtākajā formā).

Papildus magnetostrikcijai troksni var izraisīt strādājošie eļļas sūkņi un jaudīgu transformatoru dzesēšanas sistēmu ventilatori. Elektrodinamiskie spēki tinumos un elektromehāniskās ierīces, kas regulē spriegumu zem slodzes, rada arī troksni.

Būtiskā mērā šī trokšņa līmenis ir atkarīgs no elektromagnētiskās slodzes lieluma un transformatora vispārējiem izmēriem. Un trokšņa pamatā ir feromagnētiskās magnētiskās ķēdes vibrācija, kas pavada magnetostrikciju. Fenomena smagums ir atkarīgs no magnētiskās indukcijas lieluma, kā arī no paša elektriskā tērauda struktūras un fizikālajām īpašībām. Turklāt vibrācija tiek pārnesta uz eļļas un serdes balstiem, un no eļļas un serdes balstiem - tieši uz tvertni.

Tā kā tīkla frekvences viļņa garums transformatora eļļā ir aptuveni 12 metri, un tvertnes siena atrodas nelielā attālumā no serdes, tvertne pilnībā uztver un reproducē tuvumā esošo kodola daļu atbilstošās vibrācijas.

Dažreiz citi trokšņa avoti izrādās skaļāki, piemēram, tā pati aktīvā dzesēšanas sistēma, tomēr kopumā dominē magnētiskais troksnis, ko izraisa magnetostrikcija.

Mainīga magnētiskā lauka ietekmē kodols piedzīvo mainīgas magnetostriktīvas deformācijas. Un, ja tērauda loksnes, no kurām tika ņemts kodols, izjustu spriedzi, kas ir tieši proporcionāla magnētiskās indukcijas kvadrātam, tad magnetostriktīvajām vibrācijām būtu viena stabila frekvence, kas vienāda ar 100 Hz 50 Hz tīklā. Tomēr patiesībā šī atkarība nav tieši proporcionāla, un vibrācijas, kā arī pēc tām tvertnes vibrācijas rada troksni ar augstāku harmoniku.

Ir pieejami dati gan par auksti velmēto, gan karsti velmēto elektrisko tēraudu magnētiskās sašaurināšanās laikā par relatīvo kvantitatīvo pagarinājumu. Karsti velmēts lokšņu tērauds ar augstu silīcija saturu gandrīz pilnībā novērš magnetostrikcijas izpausmes, un 6% silīcija, kas pievienota transformatora tēraudam, to gandrīz bloķē.Bet šādu tēraudu nevar izmantot transformatoros tā slikto mehānisko īpašību dēļ.

Auksti velmēta tērauda ar tādu pašu magnētiskās indukcijas vērtību relatīvais pagarinājums ir mazāks nekā karsti velmēta tērauda. Bet sakarā ar to, ka indukcija auksti velmēta tērauda kodolos pārsniedz karsti velmēta tērauda indukciju, serdeņu pagarinājumi ir aptuveni vienādi.

Pētījumi rāda, ka karsti velmēta tērauda magnētiskās shēmas troksnis ar indukcijas vērtību 1,35 T atbilst auksti velmēta tērauda troksnim ar magnētisko indukciju 1,55 T. Palielinoties indukcijai auksti velmēta tērauda transformatora kodolā par 0,1 T, troksnis kļūst stiprāks par 8 dB.

Transformatora kodols var arī nonākt rezonansē ar vibrācijām, kas rodas no magnetostrikcijas, un pat ar vibrāciju harmonikām magnētiskajā ķēdē. Ja magnētiskā ķēde vai transformatora daļas nonāk rezonansē ar šīm harmonikām, tad trokšņa diapazons ar izteiktām virsotnēm aptvers vairākas harmonikas, kas ir divreiz lielākas par tīkla frekvenci.

Eksperimentāli tika apstiprināts, ka magnētiskās ķēdes vibrāciju harmonikas ir īpaši izteiktas pie lielām magnētiskās indukcijas vērtībām, kad mainās nelineārā magnetizācijas līknes daļa, ja notiek pārmērīga magnetostrikcijas vibrāciju harmonika.

Viens no galvenajiem šī trokšņa komponentiem transformatorā pieder lokšņu šķērsvirziena vibrācijām. Šīs atšķirīgās vibrācijas rodas lokšņu garuma un biezuma atšķirību dēļ, kā rezultātā katras loksnes pagarinājuma koeficienti ir atšķirīgi, un tas noved pie locītavu spraugas izmaiņām atkarībā no momentānās indukcijas vērtībām.

Tas noved pie magnētiskās plūsmas pārdales starp blakus esošajām loksnēm, kā rezultātā tiek iegūtas lokšņu šķērsvirziena vibrācijas. Magnētiskā plūsma mainās laikā, un līdz ar to arī feromagnēta piesātinājuma pakāpe. Magnetizācijas līkne tiek izkropļota, kā rezultātā parādās augstākas harmonikas un magnētiskās satricināšanas troksnis.

Ir svarīgi, lai serdes garums mainītos ne tikai no magnetostrikcijas, bet arī magnētisko spēku ietekmē, kas rodas magnētiskās plūsmas pārejā no plāksnes uz plāksni. Tas notiek, ja paralēlās plāksnes izceļas ar magnētisko caurlaidību.

Eksperimentāli tika apstiprināts, ka lokšņu gan gareniskā, gan šķērsvirziena vibrācija rada aptuveni vienādas intensitātes vibrācijas un troksni. Tāpēc, pat ja viens no transformatora trokšņa avotiem tiek pilnībā apslāpēts, kopējais troksnis nesamazināsies vairāk kā par 3 dB.

Reaktorus, reaktorus ar strukturālām gaisa spraugām izšķir troksnis, ko tieši rada magnētiskie spēki. Starp divām daļām, kas atdalītas ar spraugu, mainīgi pievilkšanās spēki rodas ar dubultu magnetizācijas frekvenci.

Troksnis, ko rada elektrodinamiskie spēki transformatora tinumos, kas darbojas ar slodzi, parasti ir diezgan kluss, ja nav aksiālā pretvirziena, kā tas ir raksturīgs elastīgai tinumu presēšanai. Tāpēc šī trokšņa transformatora slodzes līmenis ir praktiski neatkarīgs.

Šī pozīcija ļauj normalizēt transformatora trokšņa līmeni. Tomēr slodzes raksturs un lielums joprojām ir saistīts ar magnētisko indukciju transformatora tērauda darbībā, tāpēc magnētiskā trokšņa līmenis ar slodzes jaudu joprojām ir saistīts.

Mēs ceram, ka šis īsais raksts ļāva nepieredzējušam lasītājam iegūt atbildi uz jautājumu, kāpēc transformators rosās.

Tas ir interesanti:Kā uzzināt transformatora jaudu un strāvu pēc tā izskata