¿Qué causa que un transformador sea más ruidoso en condiciones sin carga?

Cuando un transformador opera en condiciones de carga nula, a menudo produce más ruido que bajo carga total. La razón principal es que, sin carga en el devanado secundario, la tensión primaria tiende a ser ligeramente superior a la nominal. Por ejemplo, mientras que la tensión nominal suele ser de 10 kV, la tensión real en carga nula puede alcanzar alrededor de 10,5 kV.

Esta elevada tensión aumenta la densidad de flujo magnético (B) en el núcleo. Según la fórmula:

B = 45 × Et / S
(donde Et es el voltaje por vuelta diseñado, y S es el área de sección transversal del núcleo), con un número fijo de vueltas, una tensión mayor en carga nula aumenta Et, lo que a su vez incrementa B más allá de su valor de diseño normal.

Una mayor densidad de flujo en el núcleo intensifica la magnetostricción y las vibraciones de histéresis magnética, lo que resulta directamente en un ruido audible más fuerte durante la operación en carga nula. Esta es la causa principal del aumento del sonido.

Un efecto secundario es el aumento de la corriente en carga nula. Aunque el aumento de la corriente en carga nula no es la causa principal del ruido más fuerte, refleja problemas subyacentes como la calidad del material del núcleo y la precisión de fabricación. Las láminas de acero silicio de alta calidad presentan una pérdida específica de núcleo menor, lo que lleva a corrientes en carga nula más pequeñas. Por el contrario, el uso de más material de núcleo o acero de baja calidad (con mayor pérdida de núcleo y menor densidad de flujo de saturación) aumenta la corriente en carga nula y también puede contribuir, de forma secundaria, a niveles de ruido más altos debido a una saturación más fácil.

Otros factores que influyen en el ruido general del transformador incluyen medidas de amortiguación de vibraciones, la firmeza del apriete del núcleo y si el diseño del núcleo induce resonancia mecánica. Sin embargo, estos afectan el rendimiento acústico general del transformador, no específicamente la diferencia de ruido entre carga nula y carga total.

Nota: Si el transformador emite un sonido inusualmente áspero o desagradable en condiciones de carga nula, es probable que indique saturación del núcleo. En tales casos, compruebe si las tensiones de los dos devanados secundarios de 12 V son iguales. Si están desequilibradas, los devanados deben ser retirados y reenrollados para asegurar un número idéntico de vueltas.

Además, al medir la corriente a través de la resistencia Rs, si la forma de onda muestra un sobrepaso de pico en lugar de un ascenso diente de sierra suave, sugiere que el devanado de 12 V necesita unas cuantas vueltas adicionales.

Si reenrollar el transformador no es práctico, una alternativa es reducir ligeramente la resistencia de R_L para elevar la frecuencia de oscilación a alrededor de 5 kHz (nota: probablemente un error tipográfico en el original—debería ser kHz, no Hz). Este ajuste tiene un impacto mínimo en la mayoría de las cargas, pero no es adecuado para dispositivos sensibles a la frecuencia (por ejemplo, ciertos relojes analógicos).

Para simplificar el circuito y reducir el costo, este diseño de fuente de alimentación omite un regulador de tensión; por lo tanto, la tensión de salida disminuye a medida que la tensión de la batería disminuye.

Rendimiento medido del prototipo:

• Eficiencia máxima: 94%

• Tensión de salida: ligeramente inferior al objetivo de 230 VAC, pero se alinea bien con el estándar nominal de China de 220 VAC.

Para lograr una salida verdadera de 230 VAC a partir de una entrada de 13 VDC, ya sea:

• Aumentar la relación de vueltas (secundario-primario) del transformador, o

• Reemplazarlo con un transformador calificado para 230 V secundario y 11 V primario.