Co powoduje, że transformator jest głośniejszy w warunkach bez obciążenia?

Gdy transformator działa w warunkach bez obciążenia, często produkuje głośniejszy hałas niż pod pełnym obciążeniem. Główną przyczyną jest to, że bez obciążenia na cewce wtórnej, napięcie pierwotne ma tendencję do bycia nieco wyższym niż nominalne. Na przykład, podczas gdy znamionowe napięcie wynosi zwykle 10 kV, rzeczywiste napięcie bez obciążenia może osiągnąć około 10,5 kV.

To podwyższone napięcie zwiększa gęstość natężenia indukcji (B) w rdzeniu. Zgodnie ze wzorem:

B = 45 × Et / S
(gdzie Et to zaprojektowane napięcie na zwitku, a S to przekrój poprzeczny rdzenia), przy stałej liczbie zwojów, wyższe napięcie bez obciążenia zwiększa Et, co powoduje wzrost B ponad jego normalną wartość projektową.

Wyższa gęstość natężenia indukcji w rdzeniu nasila magnetostrykcję i wibracje magnetycznej histerezy, co bezpośrednio prowadzi do głośniejszego dźwięku podczas pracy bez obciążenia. To jest główna przyczyna zwiększonego hałasu.

Efekt drugorzędny to wzrost prądu bez obciążenia. Choć zwiększenie prądu bez obciążenia samo w sobie nie powoduje głośniejszego hałasu, odzwierciedla to podstawowe problemy, takie jak jakość materiału rdzenia i precyzja produkcji. Wysokiej jakości blachy silikonowe cechują się niższą stratą właściwą rdzenia, co prowadzi do mniejszych prądów bez obciążenia. Natomiast użycie większej ilości materiału rdzenia lub stali niższej jakości (z wyższą stratą i niższą gęstością nasycenia) zwiększa prąd bez obciążenia i może również, pośrednio, przyczyniać się do wyższego poziomu hałasu z powodu łatwiejszego nasycenia.

Inne czynniki wpływające na ogólny hałas transformatora obejmują środki tłumienia drgań, ścisłość zaciskania rdzenia oraz czy konstrukcja rdzenia powoduje rezonans mechaniczny. Jednak te czynniki wpływają na ogólną akustyczną wydajność transformatora, a nie specyficznie na różnicę hałasu pomiędzy pracą bez obciążenia a pełnym obciążeniem.

Uwaga: Jeśli transformator emituje niezwykle ostry lub nieprzyjemny dźwięk w warunkach bez obciążenia, prawdopodobnie wskazuje to na nasycenie rdzenia. W takich przypadkach należy sprawdzić, czy napięcia na dwóch cewkach wtórnych 12 V są równe. Jeśli są nierówne, cewki powinny być usunięte i ponownie nawinięte, aby zapewnić identyczną liczbę zwojów.

Dodatkowo, podczas pomiaru prądu przez opornik Rs, jeśli przebieg fali pokazuje przekroczenie szczytowe zamiast płynnego wzrostu piłokształtnego, sugeruje to, że cewka 12 V wymaga kilku dodatkowych zwojów.

Jeśli ponowne nawinięcie transformatora jest niemożliwe, alternatywą jest lekkie zmniejszenie oporu R_L, aby podnieść częstotliwość drgań do około 5 kHz (uwaga: prawdopodobnie błąd w oryginalnym tekście—powinno być kHz, a nie Hz). Ta modyfikacja ma minimalny wpływ na większość obciążeń, ale jest niewłaściwa dla urządzeń wrażliwych na częstotliwość (np. niektóre zegary analogowe).

Aby uprościć schemat i obniżyć koszt, ten projekt zasilacza pominął regulator napięcia; zatem, napięcie wyjściowe maleje, gdy napięcie baterii spada.

Pomierzona wydajność prototypu:

• Maksymalna wydajność: 94%

• Napięcie wyjściowe: nieco niższe niż docelowe 230 VAC, ale dobrze zgadza się z chińskim standardowym napięciem wyjściowym 220 VAC.

Aby uzyskać prawdziwe napięcie wyjściowe 230 VAC z wejściowego 13 VDC, można:

• Zwiększyć stosunek zwitków (wtórne-do-pierwotne) transformatora, lub

• Zamienić go na transformator o napięciu wtórnym 230 V i napięciu pierwotnym 11 V.