¿Por qué zumba o zumba un transformador? Causas, niveles de sonido normales y soluciones

Un transformador laminado de 500 VA colocado sobre una mesa de trabajo emite un tono bajo constante que se puede escuchar desde el otro lado de la habitación, y no tiene nada de malo. Con un suministro de 50 Hz, la nota se sitúa cerca de los 100 Hz; con un suministro de 60 Hz, se sitúa cerca de 120 Hz. Ese sonido es el del acero cambiando de forma en un campo magnético, no el de un componente a punto de fallar.

La respuesta corta: el zumbido proviene principalmente de la magnetoestricción, la pequeña expansión y contracción del núcleo de acero cuando el campo magnético se invierte, además de las fuerzas magnéticas que actúan sobre los devanados. Cualquier cosa a la que esté atornillado el transformador amplifica esa vibración. Un tono constante al doble de la frecuencia de la línea es un comportamiento normal.

Tono bajo constante, tono constante: zumbido central normal.
Zumbido que sube y baja con la carga: fuerzas de bobinado y plomo.
Zumbido áspero después de agregar un rectificador o variador: polarización de CC o armónicos.
Crujidos, estallidos, golpes o un cambio repentino de tono: deténgase e investigue.

El resto de este artículo explica cada fuente, muestra cómo separar un zumbido normal de una falla y enumera lo que realmente reduce el ruido.

De dónde viene el zumbido

Predomina la magnetoestricción. El acero al silicio de grano orientado, el material de casi todos los núcleos laminados, cambia de dimensión muy ligeramente cuando se magnetiza, con una tensión del orden de unas pocas partes por millón. Debido a que el cambio ocurre en ambas mitades del ciclo, el núcleo vibra a 100 Hz en fuentes de 50 Hz y a 120 Hz en fuentes de 60 Hz, con los armónicos apilados en la parte superior. Un núcleo impulsado de 1,6 T a 1,7 T mueve más que uno impulsado a 1,2 T, razón por la cual los diseños silenciosos utilizan más núcleo de acero y más vueltas en lugar de simplemente una clasificación de kVA mayor.

Los devanados vienen en segundo lugar. La corriente en conductores adyacentes crea fuerzas proporcionales al cuadrado de la corriente, por lo que la vibración del devanado crece con la carga, mientras que el zumbido del núcleo permanece casi igual desde sin carga hasta con carga completa. En una unidad EI pequeña el cambio es apenas audible; en una unidad grande de tipo seco puede alcanzar varios decibeles.

La estructura ocupa el tercer lugar y, a menudo, es el mayor multiplicador. Un transformador fijado a un panel de acero flexible, una pared de entramado o un suelo hueco irradia mucho más sonido que la misma unidad sobre un zócalo de hormigón. Los paneles de gabinete, los conductos y los canales de montaje tienen cada uno su propia resonancia, y un panel que resuena a 100 Hz puede convertir una vibración modesta en un dron que llena la habitación. Los ventiladores y bombas, cuando están instalados, añaden su propio ruido de banda ancha.

Magnetoestricción del núcleo: 58%
Fuerzas de bobinado y plomo: 16%
Resonancia del recinto: 16%
Ventiladores y auxiliares: 10%

División indicativa del ruido audible para un transformador de tipo seco cargado medido a un metro. El equilibrio cambia según el tamaño, el material del núcleo y el montaje.

Por qué el rumor se hace más fuerte

La densidad de flujo depende del voltaje y la frecuencia aplicados, no de la carga. Un transformador diseñado para 220 V a 50 Hz funciona cerca de su flujo de diseño; aumente el suministro a 240 V y el núcleo se impulsará aproximadamente un 9% más fuerte. Por debajo del codo de la curva de magnetización el sonido extra es modesto. Por encima de él, el núcleo se satura durante parte de cada medio ciclo, la forma de onda actual se distorsiona y el zumbido se vuelve más fuerte, más áspero y más rico en armónicos.

La sobretensión y el efecto nocturno

El voltaje de la red aumenta cuando la demanda cae, por lo que un transformador frecuentemente suena más fuerte a altas horas de la noche. Si el zumbido en una unidad de distribución aumenta notablemente por la noche, mida el suministro con un medidor de verdadero valor eficaz antes de asumir una falla. Un cambio de toma o una pequeña reducción en el voltaje primario a menudo restaura el nivel de sonido original.

polarización CC

La corriente directa en un devanado empuja el núcleo asimétricamente hacia la saturación y produce un zumbido áspero en lugar de un tono suave. Los rectificadores de media onda, los cargadores sin filtro y algunos equipos de soldadura son causas comunes dentro de una planta; las perturbaciones geomagnéticas hacen lo mismo con los grandes transformadores de red.

Armónicos y resonancia.

Los variadores de frecuencia, los suministros de modo conmutado y los controladores LED consumen corriente en pulsos cortos. Esas corrientes armónicas construyen su propio patrón de fuerza en los devanados y le dan al zumbido un tono áspero. En otros casos, nada eléctrico ha cambiado en absoluto: una excitación de 100 Hz o 120 Hz simplemente coincide con la frecuencia de resonancia de un panel, y presionar una mano contra el recinto mientras se escucha es la forma más rápida de encontrarla.

¿Zumbido normal o señal de advertencia?

El zumbido normal es constante, bajo y predecible. Las fallas y los problemas eléctricos rara vez son tan amables, y vale la pena investigar por sí solo cualquier cambio repentino en el sonido.

Sonidos comunes de los transformadores, sus causas probables y la primera respuesta adecuada.
lo que escuchas	causa probable	Primera respuesta
Tono bajo constante a 100 o 120 Hz	Magnetoestricción en el núcleo	Normal; Coloque soportes de aislamiento si la habitación está en silencio.
Zumbido que crece con la carga	Fuerzas de bobinado y corrientes armónicas.	Verifique el perfil de carga y el espectro armónico.
Más ruidoso por la noche o con voltaje de suministro alto	Sobreexcitación central	Mida el voltaje de suministro y verifique la configuración del grifo.
Fuertes rumores desde que se instaló un rectificador	polarización CC or high harmonic current	Instalar bloqueo de CC o revisar el diseño de carga.
Sonajero metálico que se detiene al presionar un panel.	Panel, perno o soporte sueltos	Vuelva a apretar las fijaciones y agregue amortiguación
Crujido, estallido, chisporroteo	Tensión de arco o aislamiento	Desconecte la energía inmediatamente y haga inspeccionar la unidad.
Golpes o golpes fuertes	Sujeción del núcleo floja o falla interna	Retirar del servicio e inspeccionar
Gorgoteo o burbujeo en una unidad llena de aceite	Gas en el petróleo	Muestreo de aceite y control completo.

Lo que realmente reduce el ruido

Instalación y montaje

Evite paredes con vigas, techos suspendidos y pisos huecos; montar sobre una superficie rígida y cargada de masa.
Mantenga las unidades alejadas de esquinas, escaleras y pasillos estrechos, donde se acumula el sonido reflejado.
Utilice almohadillas de neopreno para unidades EI y toroidales pequeñas, y aisladores de resorte o de caucho por encima de aproximadamente 50 kVA.
Utilice conductos flexibles y enlaces trenzados para que la vibración no se transmita a lo largo de tuberías rígidas.

arreglos mecánicos

Vuelva a apretar las abrazaderas del núcleo y las fijaciones del gabinete según las figuras del fabricante; el ciclo térmico los afloja.
Agregue vinilo cargado en masa o espuma acústica a los paneles, manteniendo despejados los conductos de ventilación.
Verificar autorizaciones. Un cable que toque una cubierta vibrante vibrará mucho más que el propio transformador.

Opciones de diseño

Especifique una densidad de flujo más baja; Las unidades silenciosas llevan más núcleo de acero y más vueltas.
Pregunte por juntas centrales en inglete escalonadas, que se sujetan de manera más rígida que las simples juntas a tope.
Trate los núcleos amorfos con cuidado: reducen la pérdida sin carga, pero normalmente funcionan con más ruido.
Para los tipos toroidales y de audio, el barniz al vacío o el encapsulado bloquean el conjunto y eliminan la mayor parte del zumbido.

Especificar el silencio desde el principio

Cuando un transformador se ubicará cerca de estaciones de trabajo, habitaciones de pacientes o apartamentos, el ruido debe incluirse en la hoja de especificaciones. Las pruebas de sonido en fábrica se llevan a cabo en un ambiente tranquilo; la misma unidad en una habitación real suele medir entre 3 dB y 5 dB más debido a los reflejos y el ruido de fondo.

Niveles de sonido típicos a un metro para tipos de transformadores comunes. Los valores son orientativos y dependen del diseño, la carga y el estándar utilizado.

Todo lo que sea importante debe escribirse en el pedido:

Un nivel sonoro garantizado en dB(A) a un metro, medido según IEC 60076-10 para transformadores de potencia o la norma de tipo seco pertinente.
Densidad de flujo máxima a tensión nominal más 5%, con el compromiso de que el diseño se mantenga por debajo de ella.
El espectro armónico y cualquier componente CC de la carga, por lo que el núcleo y el devanado se pueden dimensionar para ello.
Si se incluyen soportes de aislamiento, conexiones flexibles y un recinto acústico ventilado.
Un informe de prueba de sonido con el espectro de 1/3 de octava para sitios sensibles al ruido.

En la mayoría de los casos, el núcleo de acero adicional cuesta menos que una campana acústica y elimina el ruido en su origen. Un fabricante que enrolla y prueba sus propias unidades generalmente puede cotizar ambas opciones, así que indique la cifra de decibeles objetivo y las condiciones de montaje cuando solicite un diseño de transformador personalizado .

Preguntas frecuentes

¿Es peligroso un transformador que zumba?

Casi nunca. Un zumbido aparece tan pronto como se energiza la unidad, incluso sin nada conectado al secundario. Crujidos, estallidos, olor a quemado o un cambio repentino de tono son señales que necesitan atención.

¿Por qué suena más fuerte por la noche?

El voltaje de suministro aumenta a medida que cae la demanda y el ruido de fondo en el edificio disminuye. Ambos efectos empujan el mismo zumbido más profundamente en tu conciencia.

¿Puede un transformador ser completamente silencioso?

No. Cada núcleo energizado vibra. El objetivo realista es un nivel inferior al ruido de fondo de la habitación en la posición de escucha.

¿Una clasificación de kVA mayor significa menos ruido?

No por sí solo. Las clasificaciones estándar están diseñadas para densidades de flujo similares. El ruido disminuye sólo cuando se especifica y se paga una densidad de flujo más baja en el material del núcleo.

¿La carga cambia el zumbido?

El zumbido central se mantiene aproximadamente constante desde sin carga hasta con carga completa. Las fuerzas del devanado aumentan con el cuadrado de la corriente, por lo que el sonido crece y se endurece a medida que aumenta la carga.

El ruido del transformador es una cuestión de diseño e instalación mucho antes de que se convierta en una cuestión de mantenimiento. Un tono constante de 100 Hz o 120 Hz le indica que el núcleo está haciendo su trabajo; un nuevo traqueteo, crujido o cambio de tono le indica que mire más de cerca. Medir la tensión de alimentación, los armónicos de carga y el nivel de sonido en un medidor suele identificar la causa en una tarde, y esos mismos tres números definen qué pedir en el siguiente pedido. Nuestra experiencia en la fabricación de transformadores laminados EI, toroidales y de núcleo C se resume en la acerca de la página .