Por que um transformador zumbe ou zumbe? Causas, níveis normais de som e soluções

Um transformador laminado de 500 VA colocado em uma bancada emite um tom baixo e constante que você pode ouvir do outro lado da sala, e não há nada de errado com isso. Em uma fonte de 50 Hz, a nota fica próxima de 100 Hz; em uma fonte de 60 Hz, fica perto de 120 Hz. Esse som é o aço mudando de forma em um campo magnético, não um componente prestes a falhar.

A resposta curta: o zumbido vem principalmente da magnetostrição, a pequena expansão e contração do núcleo de aço à medida que o campo magnético se inverte, além das forças magnéticas que atuam nos enrolamentos. Qualquer que seja o transformador aparafusado, amplifica essa vibração. Um tom constante com o dobro da frequência da linha é um comportamento normal.

Tom baixo constante, tom constante: zumbido central normal.
Zumbido que sobe e desce com a carga: forças de enrolamento e de chumbo.
Zumbido áspero após a adição de um retificador ou inversor: polarização CC ou harmônicos.
Estalos, estalos, batidas ou uma mudança repentina de tom: pare e investigue.

O restante deste artigo explica cada fonte, mostra como separar um zumbido normal de uma falha e lista o que realmente reduz o ruído.

De onde vem o zumbido

A magnetostrição domina. O aço silício de grão orientado, o material presente em quase todos os núcleos laminados, muda ligeiramente de dimensão quando é magnetizado, com uma tensão da ordem de algumas partes por milhão. Como a mudança ocorre nas duas metades do ciclo, o núcleo vibra a 100 Hz nas fontes de 50 Hz e a 120 Hz nas fontes de 60 Hz, com os harmônicos empilhados no topo. Um núcleo acionado de 1,6 T a 1,7 T move mais do que um acionado a 1,2 T, e é por isso que projetos silenciosos usam mais núcleo de aço e mais voltas em vez de simplesmente uma classificação de kVA maior.

Os enrolamentos vêm em segundo lugar. A corrente em condutores adjacentes cria forças proporcionais ao quadrado da corrente, de modo que a vibração do enrolamento aumenta com a carga, enquanto o zumbido do núcleo permanece quase o mesmo desde sem carga até carga total. Em uma unidade EI pequena, a mudança é quase inaudível; em uma unidade grande do tipo seco, pode atingir vários decibéis.

A estrutura vem em terceiro lugar e muitas vezes é o maior multiplicador. Um transformador fixado a um painel de aço flexível, a uma parede de vigas ou a um piso oco irradia muito mais som do que a mesma unidade sobre um pedestal de concreto. Painéis de gabinete, conduítes e canais de montagem têm, cada um, sua própria ressonância, e um painel que ressoa a 100 Hz pode transformar uma vibração modesta em um drone que preenche a sala. Ventiladores e bombas, quando instalados, adicionam seu próprio ruído de banda larga.

Magnetostrição do núcleo: 58%
Forças de enrolamento e avanço: 16%
Ressonância do gabinete: 16%
Ventiladores e auxiliares: 10%

Divisão indicativa de ruído audível para um transformador tipo seco carregado, medida em um metro. O equilíbrio muda com o tamanho, material do núcleo e montagem.

Por que o zumbido fica mais alto

A densidade do fluxo depende da tensão e frequência aplicadas, não da carga. Um transformador projetado para 220 V a 50 Hz funciona próximo ao seu fluxo projetado; aumente a alimentação para 240 V e o núcleo será acionado com cerca de 9% de força. Abaixo do joelho da curva de magnetização o som extra é modesto. Acima dele, o núcleo satura durante parte de cada meio ciclo, a forma de onda da corrente distorce e o zumbido torna-se mais alto, mais áspero e mais rico em harmônicos.

Sobretensão e efeito noturno

A tensão da rede aumenta quando a demanda cai, então um transformador freqüentemente soa mais alto tarde da noite. Se o zumbido em uma unidade de distribuição aumentar visivelmente à noite, meça a alimentação com um medidor True-RMS antes de assumir uma falha. Uma mudança de tap ou uma pequena redução na tensão primária muitas vezes restaura o nível de som original.

Viés DC

A corrente contínua em um enrolamento empurra o núcleo assimetricamente em direção à saturação e produz um zumbido áspero em vez de um tom suave. Retificadores de meia onda, carregadores não filtrados e alguns equipamentos de soldagem são causas comuns dentro de uma planta; perturbações geomagnéticas fazem o mesmo com grandes transformadores de rede.

Harmônicos e ressonância

Unidades de frequência variável, fontes de modo chaveado e drivers de LED consomem corrente em pulsos curtos. Essas correntes harmônicas constroem seu próprio padrão de força nos enrolamentos e dão ao zumbido um toque áspero. Em outros casos, nada elétrico mudou: uma excitação de 100 Hz ou 120 Hz simplesmente corresponde à frequência de ressonância de um painel, e pressionar a mão contra o gabinete enquanto ouve é a maneira mais rápida de encontrá-la.

Zumbido normal ou sinal de alerta?

O zumbido normal é constante, baixo e previsível. Falhas e problemas elétricos raramente são tão educados, e vale a pena investigar qualquer mudança repentina no som por conta própria.

Sons comuns de transformadores, suas causas prováveis e a primeira resposta apropriada.
O que você ouve	Causa provável	Primeira resposta
Tom baixo constante em 100 ou 120 Hz	Magnetostrição no núcleo	Normais; instale montagens de isolamento se a sala estiver silenciosa
Hum que cresce com a carga	Forças de enrolamento e correntes harmônicas	Verifique o perfil de carga e o espectro harmônico
Mais alto à noite ou em alta tensão de alimentação	Excitação excessiva do núcleo	Meça a tensão de alimentação e verifique a configuração da torneira
Zumbido forte desde que um retificador foi instalado	Viés DC or high harmonic current	Instale o bloqueio DC ou revise o projeto da carga
Chocalho metálico que para quando você pressiona um painel	Painel, parafuso ou suporte solto	Reaperte as fixações e adicione amortecimento
Estalando, estourando, chiando	Arco elétrico ou tensão de isolamento	Desenergize imediatamente e mande inspecionar a unidade
Batidas ou batidas altas	Fixação do núcleo solta ou falha interna	Retire de serviço e inspecione
Borbulhando ou borbulhando em uma unidade cheia de óleo	Gás no petróleo	Amostragem de óleo e verificação completa

O que realmente reduz o ruído

Instalação e montagem

Evite paredes com vigas, tetos falsos e pisos vazados; monte em uma superfície rígida e carregada de massa.
Mantenha as unidades longe de cantos, escadas e corredores estreitos, onde o som refletido se acumula.
Use almofadas de neoprene para pequenas unidades EI e toroidais e isoladores de mola ou borracha em cisalhamento acima de aproximadamente 50 kVA.
Use conduítes flexíveis e elos trançados para que a vibração não se espalhe pela tubulação rígida.

Correções mecânicas

Reaperte os grampos do núcleo e as fixações do invólucro de acordo com as figuras do fabricante; o ciclo térmico os solta.
Adicione vinil carregado em massa ou espuma acústica aos painéis, mantendo as vias de ventilação desobstruídas.
Verifique as folgas. Um cabo tocando uma tampa vibratória irá vibrar muito mais do que o próprio transformador.

Opções de design

Especifique uma densidade de fluxo mais baixa; unidades silenciosas carregam mais núcleo de aço e mais voltas.
Peça juntas centrais mitradas escalonadas, que fixam com mais rigidez do que simples juntas de topo.
Trate os núcleos amorfos com cuidado: eles reduzem a perda sem carga, mas geralmente funcionam mais alto.
Para tipos toroidais e de áudio, o verniz a vácuo ou o envasamento travam a montagem e removem a maior parte do zumbido.

Especificando silêncio desde o início

Onde um transformador for colocado próximo a estações de trabalho, quartos de pacientes ou apartamentos, o ruído pertence à folha de especificações. Os testes de som de fábrica são realizados em ambiente silencioso; a mesma unidade em uma sala real geralmente mede 3 dB a 5 dB mais alta devido aos reflexos e ao ruído de fundo.

Níveis sonoros típicos a um metro para tipos de transformadores comuns. Os valores são indicativos e dependem do projeto, da carga e da norma utilizada.

Qualquer coisa que importe deve ser escrita no pedido:

Um nível sonoro garantido em dB(A) a um metro, medido de acordo com IEC 60076-10 para transformadores de potência ou a norma relevante do tipo seco.
Densidade máxima de fluxo na tensão nominal mais 5%, com o compromisso de que o projeto permaneça abaixo dela.
O espectro harmônico e qualquer componente DC da carga, para que o núcleo e o enrolamento possam ser dimensionados para ele.
Estão incluídos suportes de isolamento, conexões flexíveis e uma caixa acústica ventilada.
Um relatório de teste de som com espectro de 1/3 de oitava para locais sensíveis a ruído.

Na maioria dos casos, o aço com núcleo extra custa menos que uma cobertura acústica e remove o ruído na sua origem. Um fabricante que enrola e testa suas próprias unidades geralmente pode citar ambas as opções, portanto, indique o valor alvo em decibéis e as condições de montagem quando solicitar um projeto de transformador personalizado .

Perguntas frequentes

Um transformador com zumbido é perigoso?

Quase nunca. O zumbido aparece assim que a unidade é energizada, mesmo sem nada conectado ao secundário. Estalos, estalos, cheiro de queimado ou mudança repentina de tom são os sinais que precisam de atenção.

Por que soa mais alto à noite?

A tensão de alimentação aumenta à medida que a demanda diminui e o ruído de fundo no edifício diminui. Ambos os efeitos empurram o mesmo zumbido ainda mais para a sua consciência.

Um transformador pode ser completamente silencioso?

Não. Todo núcleo energizado vibra. O alvo realista é um nível abaixo do ruído de fundo da sala na posição de audição.

Uma classificação de kVA maior significa menos ruído?

Não por si só. As classificações padrão são projetadas para densidades de fluxo semelhantes. O ruído diminui somente quando uma densidade de fluxo mais baixa é especificada e paga no material do núcleo.

A carga altera o zumbido?

O zumbido central permanece aproximadamente constante desde sem carga até carga total. As forças do enrolamento aumentam com o quadrado da corrente, de modo que o som aumenta e endurece à medida que a carga aumenta.

O ruído do transformador é uma questão de projeto e instalação muito antes de se tornar uma questão de manutenção. Um tom constante de 100 Hz ou 120 Hz indica que o núcleo está fazendo seu trabalho; um novo chocalho, estalo ou mudança de tom diz para você olhar mais de perto. Medir a tensão de alimentação, harmônicos de carga e nível sonoro em um medidor geralmente identifica a causa em uma tarde, e esses mesmos três números definem o que pedir no próximo pedido. Nossa experiência na fabricação de transformadores laminados EI, toroidais e de núcleo C está resumida no sobre a página .