Was verursacht, dass ein Transformator unter Leerlaufbedingungen lauter ist?

Wenn ein Transformator unter Leerlaufbedingungen arbeitet, erzeugt er oft mehr Lärm als unter Volllast. Der Hauptgrund dafür ist, dass bei leerem Sekundärspulen die Primärspannung tendenziell etwas höher als nominell ist. Zum Beispiel beträgt die Nennspannung in der Regel 10 kV, während die tatsächliche Leerlaufspannung etwa 10,5 kV erreichen kann.

Diese erhöhte Spannung steigert die magnetische Flussdichte (B) im Kern. Gemäß der Formel:

B = 45 × Et / S
(wobei Et die geplante Spannung pro Umlauf und S der Querschnittsfläche des Kerns ist), steigt mit einer festen Anzahl von Wicklungen eine höhere Leerlaufspannung Et, wodurch B über den normalen Entwurfswert hinaus ansteigt.

Eine höhere Kernflussdichte verstärkt die Magnetostriction und die magnetische Hysterese-Schwingungen, was direkt zu einem lauterem hörbaren Geräusch beim Leerlaufbetrieb führt. Dies ist die Hauptursache für den erhöhten Lärm.

Ein sekundärer Effekt ist der Anstieg des Leerlaufstroms. Während ein erhöhter Leerlaufstrom selbst nicht primär den lauter werdenden Lärm verursacht, spiegelt er zugrunde liegende Probleme wider, wie die Qualität des Kernenmaterials und die Fertigungspräzision. Hochwertige Siliziumstahlbleche weisen einen geringeren spezifischen Kernverlust auf, was zu kleineren Leerlaufströmen führt. Im Gegensatz dazu führt die Verwendung von mehr Kernmaterial oder Stählen niedrigerer Qualität (mit höherem Kernverlust und geringerer Sättigungsflussdichte) zu einem höheren Leerlaufstrom und kann auch indirekt zu einem höheren Lärmpegel beitragen, da die Sättigung leichter eintritt.

Andere Faktoren, die den Gesamtlärm des Transformators beeinflussen, sind Maßnahmen zur Dämpfung von Schwingungen, die Festigkeit der Kernbefestigung und ob das Kerndesign mechanische Resonanzen verursacht. Allerdings wirken sich diese Faktoren auf die allgemeine akustische Leistung des Transformators aus, nicht speziell auf den Unterschied zwischen Leerlauf- und Volllastlärm.

Hinweis: Wenn der Transformator unter Leerlaufbedingungen einen ungewöhnlich harschen oder unangenehmen Laut erzeugt, deutet dies wahrscheinlich auf eine Kernsättigung hin. In solchen Fällen sollte überprüft werden, ob die Spannungen der beiden 12-V-Sekundärwicklungen gleich sind. Wenn sie ungleich sind, sollten die Wicklungen entfernt und neu gewickelt werden, um gleiche Wicklungszahlen sicherzustellen.

Darüber hinaus, wenn der Strom durch den Widerstand Rs gemessen wird und die Wellenform einen Spitzenüberschlag anstatt eines glatten Sägezahnanstiegs zeigt, deutet dies darauf hin, dass die 12-V-Wicklung einige zusätzliche Wicklungen benötigt.

Falls das Neuwickeln des Transformators nicht praktikabel ist, besteht eine Alternative darin, den Widerstand von R_L leicht zu verringern, um die Schwingungsfrequenz auf etwa 5 kHz (Hinweis: Wahrscheinlich ein Tippfehler im Original—sollte kHz, nicht Hz sein) zu erhöhen. Diese Anpassung hat minimalen Einfluss auf die meisten Lasten, ist aber ungeeignet für frequenzempfindliche Geräte (z. B. bestimmte analogen Uhren).

Um das Schaltkreis zu vereinfachen und die Kosten zu senken, wurde in diesem Netzteilentwurf ein Spannungsregler weggelassen; daher sinkt die Ausgangsspannung, wenn die Batteriespannung abnimmt.

Gemessene Leistung des Prototyps:

• Maximale Effizienz: 94%

• Ausgangsspannung: leicht niedriger als die Zielspannung von 230 VAC, aber gut mit dem chinesischen Standard-Nennwert von 220 VAC übereinstimmend.

Um eine echte 230 VAC-Ausgangsspannung aus einem 13 VDC-Eingang zu erzielen, entweder:

• Den Umschaltverhältnis (Sekundär zu Primär) des Transformators erhöhen, oder

• Einen Transformator mit einer Nennspannung von 230 V Sekundär und 11 V Primär verwenden.