Почему гудит трансформатор

С таким распространенным компонентом любой бытовой электронной и радиоаппаратуры как трансформатор знакомы практически все. Многим даже известен и принцип работы силовых трансформаторов, поскольку его изучение входило в школьный курс физики. Однако за гранью их познаний наверняка осталось то, чему не посвящен ни один параграф учебника – причины гудения работающего трансформатора, с этим постараемся разобраться в данной статье.

В упрощенном понимании устройство обычного понижающего трансформатора представляют две обмотки, одна из которых является первичной, другая вторичной, установленные на едином магнитопроводе (сердечнике трансформатора), изготовленным из ферромагнитного материала. Переменный ток витков первичной обмотки создает магнитное поле внутри сердечника, которое наводит ЭДС индукции во вторичной обмотке, оно и представляет собой вторичное (пониженное) напряжение.

Казалось бы, процесс преобразования электрической энергии в магнитную и наоборот – явления беззвучные, так почему же трансформаторы начинают гудеть? Чтобы разобраться в причинах шума работающего трансформатора, необходимо представлять себе суть явления магнитострикции, способность предметов при намагничивании менять свои геометрические размеры. Эти изменения имеют мизерный характер, относительное изменение длины ΔL/L для различных материалов лежит в пределах 10⁻² – 10⁻⁵, наиболее подверженными этому явлению являются ферромагнетики, типичным представителем которых является трансформаторное железо.

Что кроется за гулом трансформатора?

Чтобы найти ответ на этот вопрос рассмотрим, как устроен трансформатор броневого типа. Первичная и вторичные обмотки намотаны на одной катушке, а сердечник собран из множества пластин, такая конструкция позволяет минимизировать влияние вихревых токов в материале сердечника.

Под воздействием магнитострикции в переменном магнитном поле пластины сердечника меняют свои размеры, это является главной причиной звука работающего трансформатора. Частота сети переменного тока составляет 50 Гц, за два полупериода железо трансформатора дважды подвергается перемагничиванию, по этой причине основная частота звука составляет – 100 Гц. Кроме того спектр частот дополняет влияние гармоник присутствие которых характеризует нагруженный трансформатор.

Таким образом, на шумность трансформатора влияют следующие факторы:

• уровень нагруженности трансформатора, под нагрузкой гудит сильнее;
• характеристики и конструкция сердечника;
• конструктивные особенности трансформатора.

Однако шумность трансформатора не ограничивается только магнитострикцией. Дополнительные причины шума могут таиться в:

• некачественной намотке обмоток;
• плохой сборке и подгонке пластин сердечника;
• слабых стяжек и дефектов стяжки элементов конструкции.

Если гул трансформатора появился либо усилился в процессе эксплуатации, есть повод задуматься об его ремонте.

Современные блоки питания построены без использования шумящих трансформаторов. Трансформация напряжения производится на более высоких частотах нежели промышленные 50 Гц, так называемые бесшумные трансформаторы работают на частоте 10 кГц и выше. Таким образом, звуки от магнитострикции лежат за пределами звукового диапазона, воспринимаемого человеческим ухом. Другим преимуществом таких трансформаторов является снижение габаритов и веса, экономия металлов на изготовлении сердечников и обмоток. Такие блоки питания можно встретить в большинстве современной аппаратуры.