Pourquoi un transformateur bourdonne-t-il ou bourdonne-t-il ? Causes, niveaux sonores normaux et solutions

Un transformateur laminé de 500 VA posé sur un établi émet une tonalité grave et constante que vous pouvez entendre de l'autre côté de la pièce, et il n'y a rien de mal à cela. Sur une alimentation de 50 Hz, la note se situe à proximité de 100 Hz ; sur une alimentation à 60 Hz, il se situe à près de 120 Hz. Ce son est celui de l'acier qui change de forme dans un champ magnétique, et non celui d'un composant sur le point de tomber en panne.

La réponse courte : le bourdonnement provient principalement de la magnétostriction, de la minuscule expansion et contraction de l'acier du noyau lorsque le champ magnétique s'inverse, ainsi que des forces magnétiques agissant sur les enroulements. Tout ce à quoi le transformateur est boulonné amplifie alors cette vibration. Une tonalité constante à deux fois la fréquence de ligne est un comportement normal.

Tonalité grave et constante : bourdonnement normal.
Bourdonnement qui monte et descend avec la charge : forces d'enroulement et de plomb.
Bourdonnement rauque après l'ajout d'un redresseur ou d'un variateur : polarisation CC ou harmoniques.
Crépitements, claquements, claquements ou changement brusque de hauteur : arrêtez-vous et examinez.

Le reste de cet article explique chaque source, montre comment séparer un bourdonnement normal d'un défaut et répertorie ce qui réduit réellement le bruit.

D'où vient le bourdonnement

La magnétostriction domine. L'acier au silicium à grains orientés, le matériau de presque tous les noyaux laminés, change très légèrement de dimension lorsqu'il est magnétisé, avec une contrainte de l'ordre de quelques parties par million. Étant donné que le changement se produit dans les deux moitiés du cycle, le noyau vibre à 100 Hz sur les alimentations 50 Hz et à 120 Hz sur les alimentations 60 Hz, avec des harmoniques empilées sur le dessus. Un noyau entraîné à 1,6 T à 1,7 T déplace plus qu'un noyau entraîné à 1,2 T, c'est pourquoi les conceptions silencieuses utilisent plus d'acier à noyau et plus de tours plutôt que simplement une puissance nominale plus élevée en kVA.

Les enroulements viennent en second. Le courant dans les conducteurs adjacents crée des forces proportionnelles au carré du courant, de sorte que les vibrations de l'enroulement augmentent avec la charge tandis que le bourdonnement du noyau reste presque le même, de zéro charge à pleine charge. Sur une petite unité d'assurance-emploi, le changement est à peine audible ; sur une grande unité de type sec, elle peut atteindre plusieurs décibels.

La structure vient en troisième position et constitue souvent le plus grand multiplicateur. Un transformateur fixé sur un panneau d'acier flexible, un mur à colombages ou un plancher creux émet beaucoup plus de son que la même unité sur un socle en béton. Les panneaux de boîtier, les conduits et les canaux de montage ont chacun leur propre résonance, et un panneau qui résonne à 100 Hz peut transformer une modeste vibration en un drone remplissant la pièce. Les ventilateurs et les pompes, le cas échéant, ajoutent leur propre bruit à large bande.

Magnétostriction du noyau : 58 %
Forces de bobinage et de plomb : 16 %
Résonance du boîtier : 16 %
Ventilateurs et auxiliaires : 10%

Répartition indicative du bruit audible pour un transformateur de type sec chargé, mesurée à un mètre. L'équilibre change avec la taille, le matériau de base et le montage.

Pourquoi le buzz devient plus fort

La densité de flux dépend de la tension et de la fréquence appliquées, et non de la charge. Un transformateur conçu pour 220 V à 50 Hz fonctionne à proximité de son flux de conception ; augmentez l'alimentation à 240 V et le noyau est entraîné environ 9 % plus fort. En dessous du genou de la courbe de magnétisation, le son supplémentaire est modeste. Au-dessus, le noyau sature pendant une partie de chaque demi-cycle, la forme d'onde du courant se déforme et le bourdonnement devient plus fort, plus dur et plus riche en harmoniques.

Surtension et effet nocturne

La tension du réseau augmente lorsque la demande diminue, de sorte qu'un transformateur sonne souvent plus fort tard dans la nuit. Si le bourdonnement sur une unité de distribution augmente sensiblement le soir, mesurez l'alimentation avec un compteur RMS vrai avant de supposer un défaut. Un changement de prise ou une légère réduction de la tension primaire rétablit souvent le niveau sonore d'origine.

Biaisie CC

Le courant continu dans un enroulement pousse le noyau de manière asymétrique vers la saturation et produit un bourdonnement dur au lieu d'un son doux. Les redresseurs demi-onde, les chargeurs non filtrés et certains équipements de soudage sont des causes courantes à l'intérieur d'une usine ; les perturbations géomagnétiques font la même chose avec les grands transformateurs de réseau.

Harmoniques et résonance

Les variateurs de fréquence, les alimentations à découpage et les pilotes de LED consomment du courant par impulsions courtes. Ces courants harmoniques créent leur propre modèle de force dans les enroulements et donnent au bourdonnement un côté rauque. Dans d'autres cas, rien d'électrique n'a changé : une excitation à 100 Hz ou 120 Hz correspond simplement à la fréquence de résonance d'un panneau, et appuyer la main contre l'enceinte pendant l'écoute est le moyen le plus rapide de la trouver.

Bourdonnement normal ou panneau d’avertissement ?

Le bourdonnement normal est constant, faible et prévisible. Les pannes et les problèmes électriques sont rarement aussi polis, et tout changement soudain de son mérite d'être étudié par lui-même.

Bruits courants du transformateur, leurs causes probables et la première réponse appropriée.
Ce que tu entends	Cause probable	Première réponse
Tonalité grave et constante à 100 ou 120 Hz	Magnétostriction dans le noyau	Normale ; installer des supports d'isolation si la pièce est calme
Hum qui grandit avec la charge	Forces d'enroulement et courants harmoniques	Vérifiez le profil de charge et le spectre harmonique
Plus fort la nuit ou à haute tension d'alimentation	Surexcitation du noyau	Mesurer la tension d'alimentation et vérifier le réglage de la prise
Fort buzz depuis l'installation d'un redresseur	Biaisie CC or high harmonic current	Installer un blocage CC ou revoir la conception de la charge
Hochet métallique qui s'arrête lorsque vous appuyez sur un panneau	Panneau, boulon ou support desserré	Resserrez les fixations et ajoutez de l'amortissement
Crépitant, éclatant, grésillant	Contrainte d'arc ou d'isolation	Mettez immédiatement l'appareil hors tension et faites inspecter l'appareil.
Forts claquements ou coups sourds	Serrage du noyau lâche ou défaut interne	Retirer du service et inspecter
Gargouillis ou bouillonnements dans une unité remplie d'huile	Du gaz dans le pétrole	Échantillonnage d'huile et contrôle complet

Qu'est-ce qui réduit réellement le bruit

Installation et montage

Évitez les murs à colombages, les plafonds suspendus et les planchers creux ; monter sur une surface rigide et chargée de masse.
Gardez les unités hors des coins, des cages d’escalier et des couloirs étroits, où les sons réfléchis s’accumulent.
Utilisez des coussinets en néoprène pour les petites unités EI et toroïdales, ainsi que des isolateurs à ressort ou en caoutchouc en cisaillement au-dessus d'environ 50 kVA.
Utilisez des conduits flexibles et des liens tressés afin que les vibrations ne se propagent pas le long d'une tuyauterie rigide.

Corrections mécaniques

Resserrez les colliers de serrage et les fixations du boîtier sur les figures du fabricant ; le cycle thermique les desserre.
Ajoutez du vinyle chargé en masse ou de la mousse acoustique aux panneaux, en gardant les voies de ventilation dégagées.
Vérifiez les autorisations. Un câble touchant un couvercle vibrant bourdonnera bien plus que le transformateur lui-même.

Choix de conception

Spécifiez une densité de flux inférieure ; les unités silencieuses transportent plus d'acier de base et plus de tours.
Demandez des joints à âme en onglet à recouvrement, qui se serrent plus rigidement que les simples joints bout à bout.
Traitez les noyaux amorphes avec précaution : ils réduisent les pertes à vide mais fonctionnent généralement plus fort.
Pour les types toroïdaux et audio, le vernis sous vide ou l'empotage verrouille l'assemblage et supprime la plupart des bourdonnements.

Spécification du silence dès le début

Lorsqu'un transformateur est placé à proximité de postes de travail, de chambres de patients ou d'appartements, le bruit appartient à la fiche technique. Les tests sonores en usine sont effectués dans un environnement calme ; la même unité dans une pièce réelle mesure généralement 3 dB à 5 dB de plus en raison des réflexions et du bruit de fond.

Niveaux sonores typiques à un mètre pour les types de transformateurs courants. Les valeurs sont indicatives et dépendent de la conception, de la charge et de la norme utilisée.

Tout ce qui compte doit être écrit dans l'ordre :

Un niveau sonore garanti en dB(A) à un mètre, mesuré selon la norme CEI 60076-10 pour les transformateurs de puissance ou la norme de type sec pertinente.
Densité de flux maximale à la tension nominale plus 5 %, avec l'engagement que la conception reste en dessous de cette valeur.
Le spectre harmonique et toute composante continue de la charge, de sorte que le noyau et l'enroulement peuvent être dimensionnés en conséquence.
Que ce soit des supports d'isolation, des connexions flexibles et une enceinte phonique ventilée sont inclus.
Un rapport de test sonore avec le spectre 1/3 d'octave pour les sites sensibles au bruit.

Dans la plupart des cas, l’acier à âme supplémentaire coûte moins cher qu’une hotte acoustique et supprime le bruit à sa source. Un fabricant qui enroule et teste ses propres unités peut généralement proposer les deux options, alors indiquez le chiffre de décibels cible et les conditions de montage lorsque vous demandez un conception de transformateur sur mesure .

Foire aux questions

Un transformateur qui bourdonne est-il dangereux ?

Presque jamais. Un bourdonnement apparaît dès que l'unité est sous tension, même sans rien connecté au secondaire. Des crépitements, des éclats, une odeur de brûlé ou un changement soudain de hauteur sont les signaux qui nécessitent une attention particulière.

Pourquoi est-ce que ça sonne plus fort la nuit ?

La tension d’alimentation augmente à mesure que la demande diminue et le bruit de fond dans le bâtiment diminue. Les deux effets poussent le même bourdonnement plus loin dans votre conscience.

Un transformateur peut-il être complètement silencieux ?

Non. Chaque noyau sous tension vibre. L'objectif réaliste est un niveau inférieur au bruit de fond de la pièce à la position d'écoute.

Un kVA plus élevé signifie-t-il moins de bruit ?

Pas tout seul. Les valeurs standard sont conçues pour des densités de flux similaires. Le bruit ne diminue que lorsqu'une densité de flux inférieure est spécifiée et payée dans le matériau de base.

La charge modifie-t-elle le bourdonnement ?

Le bourdonnement du noyau reste à peu près constant, de zéro charge à pleine charge. Les forces d'enroulement augmentent avec le carré du courant, de sorte que le son augmente et se durcit à mesure que la charge augmente.

Le bruit des transformateurs est une question de conception et d’installation bien avant de devenir une question de maintenance. Une tonalité constante de 100 Hz ou 120 Hz vous indique que le noyau fait son travail ; un nouveau hochet, un crépitement ou un changement de hauteur vous invite à regarder de plus près. La mesure de la tension d'alimentation, des harmoniques de charge et du niveau sonore sur un mètre identifie généralement la cause dans l'après-midi, et ces trois mêmes chiffres définissent ce qu'il faut demander lors de la prochaine commande. Notre expérience dans la fabrication de transformateurs laminés EI, toroïdaux et à noyau C est résumée sur le à propos de la page .