Designer, die Energieanlagen entwickeln, achten sehr darauf, die Bedeutung zu reduzieren oder die ungünstigen Faktoren, die den Betrieb solcher Geräte begleiten, vollständig zu eliminieren. Dennoch können einige der negativen Auswirkungen nicht vollständig beseitigt werden. Einer davon ist das Rauschen und Brummen von Transformatoren.
Das Funktionsprinzip des Transformators
Ein Transformator ist ein technisches Gerät, das elektrische Energie von einer stationären Spule auf eine andere Spule gleichen Typs überträgt, die nicht mit der ersten elektrisch verbunden ist. Energie wird durch einen magnetischen Fluss übertragen, der die Wicklungen verbindet und seine Richtung und Größe ständig ändert ("Elementare Elektrotechnik für Funkamateure", AD Batrakov, 1950).
Fließt ein Wechselstrom durch die Primärspule, so entsteht ein magnetisches Feld. Kraftvolle Kraftlinien dieses Feldes durchdringen nicht nur die erste, sondern auch die zweite Wicklung des Transformators. Die Leitungen sind sicher um die Leiter geschlossen, die nicht elektrisch, sondern magnetisch verbunden werden.
Der Grad der Verbindung zwischen den beiden Spulen wird durch den Abstand zwischen ihnen bestimmt.
Wenn die Enden der Sekundärspule mit einem Stromverbraucher verbunden sind, entsteht im Stromkreis ein elektrischer Strom, und das im Stromkreis enthaltene Gerät erhält Energie. Durch die unterschiedliche Windungszahl von Primär- und Sekundärspule kann am Ausgang jede gewünschte Spannung erreicht werden. Dies gilt als die wichtigste nützliche Eigenschaft eines jeden Transformators.
Warum macht der Transformator Geräusche?
Hochleistungs-Leistungsstromwandler sind eine Quelle für schädlichen Lärm, der in industriellen Umgebungen oft zu spüren ist. Das Geräusch, das einem Brummen ähnelt, wird am häufigsten durch starke Vibrationen der aktiven Elemente des Geräts verursacht, die durch Resonanzphänomene verstärkt werden.
Warum treten Schwingungen auf? In den meisten Fällen ist dies auf ein Phänomen zurückzuführen, das als Magnetostriktion bezeichnet wird. Dieser Effekt ist eine Art Verformung des Kristallgitters, aus dem das magnetische Material besteht. Magnetostriktion tritt bei der Magnetisierung von Strukturelementen auf, bei der die Induktion zunimmt, wodurch sich die Materialkristalle verschieben.
Die Kristalle beginnen zu rotieren, wodurch sich die linearen Abmessungen des Metalls mit hoher Periodizität ändern. Dieses Phänomen führt zu Vibrationen und Geräuschen.
Ein weiterer Grund für das Summen des Transformators ist das Auftreten magnetischer Kräfte. An den Stoßstellen der Geräteelemente ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Durch diese Querkräfte werden einzelne Bleche des Transformatorkerns verbogen, wodurch eine Schallwelle erzeugt und die magnetostriktive Wirkung verstärkt wird. Der Transformator beginnt stark zu summen.
Der Geräuschpegel von Transformatoren hängt direkt von ihren Abmessungen und ihrem Gewicht ab. Die Länge des Stabes des Magnetsystems sowie die Qualität des Stahls können die Schallstärke beeinflussen. Der Eintritt des Systems in Resonanz oder eine Beschädigung der Spulenwindungen kann das Geräusch des Betriebstransformators erheblich erhöhen.
