Cosa causa un rumore più elevato in un trasformatore in condizioni a vuoto?

Quando un trasformatore funziona a vuoto, spesso produce un rumore più forte rispetto alle condizioni a pieno carico. La ragione principale è che, senza carico sul devanatura secondaria, la tensione primaria tende a essere leggermente superiore al valore nominale. Ad esempio, mentre la tensione nominale è solitamente di 10 kV, la tensione effettiva a vuoto può raggiungere circa 10,5 kV.

Questo aumento di tensione incrementa la densità del flusso magnetico (B) nel nucleo. Secondo la formula:

B = 45 × Et / S
(dove Et è la tensione progettata per giro, e S è l'area della sezione trasversale del nucleo), con un numero fisso di spire, una tensione più alta a vuoto aumenta Et, quindi incrementa B oltre il suo valore di progettazione normale.

Una maggiore densità di flusso nel nucleo intensifica la magnetostrizione e le vibrazioni di isteresi magnetica, che risultano in un rumore udibile più intenso durante l'operazione a vuoto. Questo è la causa principale dell'aumento del rumore.

Un effetto secondario è l'aumento della corrente a vuoto. Sebbene l'aumento della corrente a vuoto non sia la causa principale del rumore più forte, riflette problemi sottostanti come la qualità del materiale del nucleo e la precisione di fabbricazione. Le lamiere di acciaio silicio di alta qualità presentano una perdita specifica del nucleo inferiore, portando a correnti a vuoto minori. Al contrario, l'uso di più materiale del nucleo o di acciaio di bassa qualità (con perdite del nucleo superiori e densità di flusso di saturazione inferiore) aumenta la corrente a vuoto e può contribuire, in modo secondario, a livelli di rumore più elevati a causa della saturazione più facile.

Altri fattori che influenzano il rumore complessivo del trasformatore includono misure di smorzamento delle vibrazioni, la strettezza del bloccaggio del nucleo e se il design del nucleo induce risonanza meccanica. Tuttavia, questi aspetti influiscono sulle prestazioni acustiche generali del trasformatore, non sulla differenza di rumore tra vuoto e pieno carico.

Nota: Se il trasformatore emette un suono insolitamente aspro o sgradevole in condizioni a vuoto, probabilmente indica una saturazione del nucleo. In tali casi, controllare se le tensioni delle due devanature secondarie da 12 V sono uguali. Se sono sbilanciate, le devanature dovrebbero essere rimosse e riavvolte per garantire un numero identico di spire.

Inoltre, quando si misura la corrente attraverso il resistore Rs, se la forma d'onda mostra un sovraccarico di picco invece di un aumento a denti di sega regolare, suggerisce che la devanatura da 12 V necessita di alcune spire aggiuntive.

Se riavvolgere il trasformatore non è praticabile, un'alternativa è ridurre leggermente la resistenza di R_L per aumentare la frequenza di oscillazione a circa 5 kHz (nota: probabilmente un errore di battitura nell'originale—dovrebbe essere kHz, non Hz). Questo aggiustamento ha un impatto minimo su la maggior parte dei carichi ma non è adatto per dispositivi sensibili alla frequenza (ad esempio, certi orologi analogici).

Per semplificare il circuito e ridurre i costi, questo design di alimentazione omite un regolatore di tensione; pertanto, la tensione di uscita diminuisce man mano che diminuisce la tensione della batteria.

Prestazioni misurate del prototipo:

• Efficienza massima: 94%

• Tensione di uscita: leggermente inferiore all'obiettivo di 230 VAC, ma si allinea bene con lo standard nominale cinese di 220 VAC.

Per ottenere un vero output di 230 VAC da un input di 13 VDC, è possibile:

• Aumentare il rapporto di avvolgimento (secondario-primario) del trasformatore, o

• Sostituirlo con un trasformatore progettato per 230 V secondari e 11 V primari.