O que causa um transformador ser mais ruidoso em condições sem carga?

Quando um transformador opera em condições de carga vazia, ele frequentemente produz mais ruído do que sob carga total. A razão principal é que, sem carga na bobina secundária, a tensão primária tende a ser ligeiramente maior do que nominal. Por exemplo, enquanto a tensão nominal é tipicamente de 10 kV, a tensão real em carga vazia pode chegar a cerca de 10,5 kV.

Esta tensão elevada aumenta a densidade do fluxo magnético (B) no núcleo. De acordo com a fórmula:

B = 45 × Et / S
(onde Et é a tensão projetada por espira, e S é a área da seção transversal do núcleo), com um número fixo de espiras, uma tensão em carga vazia mais alta aumenta Et, resultando em um aumento de B além do seu valor de projeto normal.

Uma densidade de fluxo magnético mais alta no núcleo intensifica a magnetoestrigência e as vibrações de histerese magnética, o que resulta diretamente em mais ruído audível durante a operação em carga vazia. Esta é a causa principal do aumento do som.

Um efeito secundário é o aumento da corrente em carga vazia. Embora o aumento da corrente em carga vazia não cause principalmente o ruído mais alto, ele reflete problemas subjacentes, como a qualidade do material do núcleo e a precisão da fabricação. Chapas de aço silício de alta qualidade apresentam perdas específicas do núcleo menores, resultando em correntes em carga vazia menores. Por outro lado, o uso de mais material do núcleo ou aço de baixa qualidade (com perdas do núcleo mais altas e densidade de fluxo de saturação menor) aumenta a corrente em carga vazia e também pode contribuir, secundariamente, para níveis de ruído mais altos devido à saturação mais fácil.

Outros fatores que influenciam o ruído geral do transformador incluem medidas de amortecimento de vibrações, aperto do núcleo e se o design do núcleo induz ressonância mecânica. No entanto, esses fatores afetam o desempenho acústico geral do transformador, não especificamente a diferença de ruído entre carga vazia e carga total.

Nota: Se o transformador emite um som anormalmente áspero ou desagradável em condições de carga vazia, isso provavelmente indica saturação do núcleo. Nesses casos, verifique se as tensões das duas bobinas secundárias de 12 V são iguais. Se estiverem desequilibradas, as bobinas devem ser removidas e reenroladas para garantir contagens de espiras idênticas.

Além disso, ao medir a corrente através do resistor Rs, se a forma de onda mostrar sobressalto de pico em vez de um aumento suave em forma de dente de serra, isso sugere que a bobina de 12 V precisa de algumas espiras adicionais.

Se reenrolar o transformador for impraticável, uma alternativa é reduzir ligeiramente a resistência de R_L para aumentar a frequência de oscilação para cerca de 5 kHz (nota: provavelmente um erro de digitação no original—deve ser kHz, não Hz). Este ajuste tem impacto mínimo na maioria das cargas, mas é inadequado para dispositivos sensíveis à frequência (por exemplo, certos relógios analógicos).

Para simplificar o circuito e reduzir custos, este design de fonte de alimentação omite um regulador de tensão; portanto, a tensão de saída diminui à medida que a tensão da bateria diminui.

Desempenho medido do protótipo:

• Eficiência máxima: 94%

• Tensão de saída: ligeiramente inferior ao objetivo de 230 VCA, mas alinha-se bem com o padrão nominal de saída da China de 220 VCA.

Para alcançar uma saída verdadeira de 230 VCA a partir de uma entrada de 13 VDC, você pode:

• Aumentar a relação de espiras (secundária-primária) do transformador, ou

• Substituí-lo por um transformador com 230 V secundário e 11 V primário.