Bruit du transformateur : causes, mesures, facteurs et méthodes de réduction

Bruit du transformateurC'est un problème auquel les ingénieurs et les gestionnaires d'installations doivent souvent faire face, en particulier dans les sous-stations, les installations industrielles, les bâtiments commerciaux, les projets d'énergie renouvelable et autres installations de distribution d'énergie. Ce faible bourdonnement familier peut sembler inoffensif, mais lorsqu'un transformateur est installé à proximité de bureaux, de zones résidentielles, d'hôpitaux ou d'autres endroits sensibles au bruit, même une augmentation modérée du bruit peut devenir un réel problème.

Alors, d'où vientbruit du transformateurtu viens vraiment d'où ? Et que peut-on faire pour le réduire ?

La réponse ne se limite pas ànoyau de transformateur. Les vibrations du noyau, les enroulements, les réservoirs, les ventilateurs de refroidissement, les pompes à huile, la résonance structurelle et même la façon dont le son se propage dans un bâtiment peuvent tous jouer un rôle. En pratique, maîtriser le bruit des transformateurs signifie examiner l’ensemble du système plutôt que de se concentrer sur un seul composant.

Sources de bruit du transformateur

Le bruit du transformateur provient principalement de deux zones :le corps du transformateur et ses équipements de refroidissement. Pour un transformateur typique fonctionnant dans des conditions normales, lenoyau magnétiqueest l'une des sources de bruit les plus importantes. Toutefois, sur les transformateurs plus grands à refroidissement forcé, les ventilateurs et les pompes à huile peuvent également ajouter un peu de bruit.

Bruit du corps du transformateur

Le son le plus reconnaissable du transformateur est le bourdonnement ou le bourdonnement constant produit par lecœur.

Lorsqu’un courant alternatif circule dans les enroulements du transformateur, il crée un flux magnétique alternatif à l’intérieur du noyau. À mesure que le champ magnétique change, les tôles d'acier au silicium situées dans le noyau subissent des changements dimensionnels extrêmement faibles. Cet effet est appelémagnétostriction.

Le mouvement est infime, mais il se produit de manière répétée et peut faire vibrer le noyau. Ces vibrations se propagent à travers les pinces à noyau, les composants structurels, le réservoir et d'autres parties du transformateur. Finalement, les surfaces vibrantes émettent du son dans l’air ambiant.

Enroulementspeut également contribuer au bruit du transformateur. Les forces électromagnétiques agissent sur les enroulements pendant le fonctionnement et peuvent provoquer des vibrations mécaniques. Si un élément structurel est lâche ou mal soutenu, il peut vibrer encore plus et amplifier le son d'origine.

En d’autres termes, le bruit que vous entendez à l’extérieur du transformateur ne peut pas provenir d’un seul composant. Plusieurs petites sources de vibrations peuvent se combiner et rendre le son global beaucoup plus perceptible.

Bruit des appareils de refroidissement

Équipement de refroidissementest une autre source importante de bruit, en particulier sur les gros transformateurs immergés dans l'huile.

Selon la conception du transformateur, le refroidissement peut impliquer des ventilateurs, des radiateurs, des pompes à huile ou une combinaison de ces composants. Les ventilateurs de refroidissement génèrent un bruit aérodynamique lorsque les pales tournent et déplacent l'air. Les moteurs et les roulements peuvent introduire des vibrations mécaniques supplémentaires.

Les pompes à huile créent leur propre bruit mécanique et hydraulique lorsqu'elles font circuler de l'huile isolante dans le système de refroidissement.

Pour un transformateur refroidi naturellement, ces sources sont généralement limitées. Cependant, pour un transformateur utilisant un refroidissement à air pulsé ou à huile forcée-, le système de refroidissement peut devenir une partie importante du niveau de bruit total.

Chemin de propagation du bruit du transformateur

Le bruit du transformateur ne se propage pas simplement de la source directement dans l’air ambiant. Il existe plusieurs chemins possibles.

Les vibrations mécaniques peuvent se déplacer du noyau et des enroulements vers les pinces, le réservoir, les radiateurs, les fondations et les structures connectées. Une fois que ces composants commencent à vibrer, ils peuvent agir comme des surfaces rayonnantes sonores.

Il existe également du bruit aérien provenant des ventilateurs de refroidissement, des pompes et d’autres équipements externes. Une fois entré dans l’espace environnant, le son peut être réfléchi par les murs, les sols, les plafonds, les bâtiments et autres surfaces dures.

C’est pourquoi le contrôle du bruit peut parfois s’avérer un peu délicat. Un transformateur peut avoir un niveau de bruit acceptable lorsqu'il est testé dans des conditions contrôlées, mais sonner considérablement plus fort après avoir été installé dans un bâtiment ou une sous-station particulière.

Une façon pratique d’aborder le problème est la suivante :

Source de bruit → transmission structurelle → rayonnement sonore → environnement environnant

Chaque étape compte.

Mesure du bruit du transformateur

Avant d’essayer de réduire le bruit des transformateurs, les ingénieurs ont besoin de mesures fiables. Différents paramètres acoustiques décrivent différents aspects du son. Il est donc important de choisir la bonne méthode de mesure.

Niveau de pression acoustique

Niveau de pression acoustique (SPL)décrit la variation de la pression atmosphérique provoquée par le son à un point de mesure spécifique. Il est normalement exprimé en décibels, ou dB.

La chose importante à retenir est que la pression acoustique dépend de l’endroit où la mesure est effectuée. Éloignez le microphone du transformateur et la valeur mesurée changera normalement. Les murs, les reflets, le bruit de fond et l’environnement peuvent également affecter le résultat.

Niveau d'intensité sonore

L’intensité sonore fait référence à la quantité d’énergie acoustique traversant une unité de surface.

Les mesures de l'intensité sonore peuvent être utiles lorsque les ingénieurs doivent localiser des sources de bruit individuelles. Par exemple, ils peuvent aider à déterminer si la majeure partie du bruit provient du réservoir du transformateur, des ventilateurs de refroidissement ou d’un autre composant.

Cela rend l’intensité sonore particulièrement utile lors du dépannage d’un transformateur présentant un bruit étonnamment élevé.

Niveau de puissance sonore

Niveau de puissance sonorereprésente l'énergie acoustique totale émise par un transformateur.

Contrairement au niveau de pression acoustique, la puissance acoustique dépend moins de la distance entre le transformateur et l’équipement de mesure. Cela le rend utile pour comparer différents transformateurs ou pour établir des spécifications de bruit d'équipement.

Pour les fabricants et les acheteurs, la puissance acoustique peut constituer un moyen plus cohérent de décrire la puissance acoustique réelle d’un transformateur.

Niveaux d'intensité sonore et courbes d'intensité sonore égale

Tous les sons ne sont pas perçus de la même manière par l’oreille humaine.

Un son à basse-fréquence et un son à haute-fréquence peuvent avoir le même niveau de pression acoustique physique, mais peuvent ne pas être aussi forts pour une personne se trouvant à proximité. C'est icicourbes d'intensité sonore égaledevenir utile.

Ils décrivent comment l'audition humaine réagit à différentes fréquences. Cela est important pour le bruit du transformateur, car le bourdonnement du transformateur contient souvent des composantes basse fréquence - relativement fortes.

Ainsi, mesurer le son est une chose. Comprendre comment les gens perçoivent réellement ce son en est une autre.

Bruit du transformateur mesuré à l'aide d'une-méthode pondérée

LeUne-méthode pondérée, exprimé en dB(A), ajuste les mesures sonores en fonction de la réponse en fréquence de l'audition humaine.

C'est pourquoi les limites de bruit pour les équipements électriques et les évaluations du bruit dans l'environnement utilisent souvent le dB(A). Un transformateur peut avoir une composante basse-fréquence relativement forte, mais le résultat pondéré A-prend davantage en compte les fréquences auxquelles les humains sont plus sensibles.

Lors de l'évaluation du bruit d'un transformateur dans une installation réelle, il est donc utile de comprendre à la fois les caractéristiques acoustiques brutes et le niveau de bruit pondéré A-.

Facteurs affectant le bruit du transformateur

Il n’y a pas une seule raison pour laquelle un transformateur est plus silencieux qu’un autre. Le matériau du noyau, la densité du flux magnétique, la structure du noyau, la qualité de fabrication, la construction mécanique, les conditions de fonctionnement et la résonance peuvent tous faire la différence.

Influence de la magnétostriction des tôles d'acier au silicium sur le bruit du transformateur

Magnétostrictionest l’une des principales causes du bruit du noyau du transformateur.

À mesure que le flux magnétique change à l’intérieur du noyau, les tôles d’acier au silicium subissent de minuscules changements dimensionnels. Ces changements se produisent continuellement pendant le fonctionnement en courant alternatif et produisent des vibrations mécaniques.

Le degré de magnétostriction dépend des propriétés de l'acier électrique, de la direction du matériau, de la densité du flux magnétique et des conditions de fonctionnement.

L'utilisation d'un acier électrique de haute-qualité présentant des caractéristiques magnétiques appropriées peut contribuer à réduire les vibrations du noyau. La conception du transformateur doit également maintenir la densité de flux magnétique dans la plage de fonctionnement prévue. Si le noyau est poussé trop fort magnétiquement, le bruit peut augmenter ainsi que d’autres effets indésirables.

Influence de la structure du noyau sur le bruit du transformateur

La construction du noyau a une influence directe sur le bruit du transformateur.

La géométrie du noyau, la conception des joints, les dispositions de serrage et la façon dont les forces magnétiques sont réparties affectent tous les vibrations. Un noyau correctement conçu aide à garder le mouvement mécanique sous contrôle.

Les conceptions de transformateurs modernes utilisent souvent desétape-tour de noyaujoints et des arrangements structurels améliorés. Ces approches peuvent contribuer à réduire à la fois les pertes dans le noyau et les vibrations.

Il ne s’agit pas seulement du matériau lui-même. La manière dont ce matériau est conçu et assemblé est tout aussi importante.

L'impact du processus d'assemblage du noyau sur le bruit du transformateur

La qualité de fabrication peut faire une différence étonnamment importante en termes de bruit du transformateur.

Un mauvais empilement des tôles, un alignement incorrect des joints, des contraintes mécaniques excessives ou un serrage insuffisant peuvent faire vibrer le noyau plus que prévu.

Le processus d'assemblage nécessite donc un contrôle minutieux. Les noyaux laminés doivent être manipulés correctement, les joints doivent être alignés avec précision et la pression de serrage doit être réglée correctement.

Un serrage trop faible peut permettre des mouvements indésirables. Un serrage excessif n'est pas nécessairement meilleur non plus, car des contraintes mécaniques excessives peuvent également affecter les caractéristiques vibratoires du noyau.

L'impact de la résonance sur le bruit du transformateur

La résonance peut aggraver une vibration autrement gérable.

Chaque composant structurel possède des fréquences naturelles. Si la fréquence d’excitation générée par le transformateur se rapproche de l’une de ces fréquences propres, les vibrations peuvent fortement augmenter.

Les réservoirs de transformateur, les radiateurs, les pinces, les fondations et autres pièces structurelles peuvent tous avoir des caractéristiques de résonance différentes. Une fois la résonance produite, même une force d’excitation relativement faible peut créer une réponse vibratoire beaucoup plus importante.

Une bonne conception structurelle, un amortissement approprié et une isolation des vibrations peuvent aider à contrôler la résonance.

Mesures pour réduire le bruit du transformateur

La réduction du bruit du transformateur fonctionne généralement mieux lorsque plusieurs méthodes sont utilisées ensemble. Les ingénieurs peuvent commencer par la source du bruit, puis contrôler les vibrations structurelles et enfin s’occuper de la transmission du son dans l’environnement.

Réduire le bruit corporel

La première approche consiste à réduire les vibrations du transformateur lui-même.

Réduire le bruit de base

Le bruit du noyau peut être réduit grâce à un acier électrique approprié, une conception optimisée du noyau, un assemblage précis et un serrage mécanique approprié.

Il est également important de maintenir le transformateur dans sa densité de flux magnétique spécifiée. Une fabrication de haute-qualité permet d'éviter les laminages desserrés, les mauvais joints et d'autres conditions susceptibles d'augmenter les vibrations.

Pour les fabricants de transformateurs, cela signifie que le contrôle du bruit commence bien avant que le transformateur n’atteigne le site d’installation.

Réduction du bruit des réservoirs et des composants structurels

La cuve du transformateur peut devenir une surface de rayonnement sonore-étonnamment efficace en raison de sa surface relativement grande.

Le renforcement du réservoir, les structures de panneaux optimisées, les connexions mécaniques améliorées et les matériaux -amortissant les vibrations peuvent réduire la quantité de son rayonné par le réservoir.

L'isolation des vibrations entre le transformateur et ses fondations peut également être utile. Des connexions flexibles peuvent être utiles là où les vibrations mécaniques pourraient autrement se propager dans les structures voisines.

Réduire le bruit des appareils de refroidissement

Les systèmes de refroidissement ne doivent pas être négligés, notamment sur les gros transformateurs de puissance.

Réduire le bruit du ventilateur de refroidissement

Des ventilateurs de refroidissement à faible-bruit, des conceptions de pales optimisées, des vitesses de ventilateur appropriées et un montage-isolant les vibrations peuvent tous contribuer à réduire le bruit des ventilateurs.

L’entretien compte aussi. Une pale de ventilateur endommagée ou déséquilibrée, un roulement usé ou un moteur mal aligné peuvent créer beaucoup plus de vibrations qu’un ventilateur correctement entretenu.

Réduire le bruit de dissipation thermique de l'auto--refroidissement

Les transformateurs refroidis naturellement ont généralement moins de sources de bruit mécanique car ils ne dépendent pas de ventilateurs de refroidissement ou de pompes à huile alimentés.

La conception du radiateur et la rigidité structurelle restent cependant importantes. Des radiateurs correctement conçus peuvent aider à limiter les vibrations et les rayonnements sonores inutiles tout en maintenant une dissipation thermique efficace.

Réduire le bruit de la pompe à huile

Pour les systèmes de refroidissement à huile forcé-, la sélection de pompes à huile à faible-bruit est un élément important du contrôle du bruit du transformateur.

Le moteur de la pompe, les roulements, le chemin d'écoulement de l'huile et l'alignement de l'installation doivent tous être pris en compte. Un entretien régulier peut également prévenir les vibrations anormales causées par l’usure des composants ou de mauvaises conditions de fonctionnement.

Prendre des mesures d'isolation phonique le long du chemin de propagation

Parfois, le transformateur lui-même est déjà raisonnablement silencieux, mais l'environnement d'installation rend le bruit plus perceptible.

Dans ces cas, une isolation phonique peut être ajoutée le long du trajet de propagation. Les barrières acoustiques, les murs insonorisés, les enceintes de transformateur et les salles de transformateur spécialement conçues peuvent interrompre la transmission directe du son.

Il y a un problème important : la conception acoustique doit néanmoins permettre une ventilation et une dissipation thermique suffisantes. Un transformateur entièrement fermé peut être plus silencieux, mais si ses performances de refroidissement en souffrent, cela crée un problème bien plus grave.

Prendre des mesures d'atténuation du bruit le long du chemin de propagation

L'atténuation du bruit peut inclure l'isolation des vibrations, l'absorption acoustique, les structures d'amortissement et d'autres mesures conçues pour réduire le son avant qu'il n'atteigne les zones sensibles.

Les coussinets anti-vibrations peuvent limiter la transmission des vibrations à travers la fondation. Les connexions flexibles peuvent réduire le transfert de vibrations mécaniques dans les structures connectées. Les matériaux insonorisants-peuvent réduire le bruit aérien réfléchi à l'intérieur des salles de transformateurs.

Pour les sous-stations situées à proximité de bâtiments résidentiels, de bureaux, d'hôpitaux, d'écoles ou d'autres zones sensibles au bruit-, ces mesures doivent idéalement être prises en compte dès la phase de conception.

Essayer de résoudre un problème de bruit une fois le transformateur déjà installé est généralement plus compliqué-et souvent plus coûteux.

Conclusion

Bruit du transformateurvient de plus que le bourdonnement familier du noyau magnétique. La magnétostriction, les vibrations des enroulements, les ventilateurs de refroidissement, les pompes à huile, les composants structurels et la résonance peuvent tous contribuer au niveau sonore final. L’environnement environnant et la manière dont les vibrations se propagent dans l’installation peuvent rendre la situation encore plus compliquée.

Pour les fabricants de transformateurs tels queTransformateur Yawei, un contrôle efficace du bruit commence par les bases : un acier électrique approprié, une conception de noyau optimisée, un assemblage précis, une construction mécanique fiable et-un équipement de refroidissement bien conçu.

À partir de là, des méthodes d’installation telles que l’isolation vibratoire, l’isolation phonique, les barrières acoustiques et l’atténuation du bruit peuvent offrir une protection supplémentaire.

L’objectif n’est pas simplement de rendre un transformateur plus silencieux sur le papier. Un transformateur véritablement-à faible bruit devrait fonctionner correctement dans le monde réel, où l'équipement partage l'espace avec les personnes, les bâtiments et d'autres systèmes électriques. C'est pourquoi le bruit des transformateurs doit être pris en compte dès la conception et la fabrication jusqu'à l'installation et l'exploitation.

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