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Sources sonores surprenantes : savez-vous comment les inducteurs et les transformateurs produisent du bruit ?
Dans notre vie quotidienne, nous entendons souvent des bourdonnements ou des sifflements provenant d’appareils électriques. Les principales sources de ces bruits sont souvent des inducteurs et des transformateurs auxquels nous ne prêtons pas beaucoup d'attention. Ce phénomène est appelé bruit induit électromagnétiquement, il est provoqué par la vibration de matériaux sous la stimulation de forces électromagnétiques. Dans cet article, nous allons explorer pourquoi ces appareils font du bruit et comment expliquer ces sons déroutants.
Le bruit électromagnétique induit est un son de vibration important causé par des matériaux sous la stimulation d'une force électromagnétique.
Le bruit électromagnétique induit, souvent appelé bruit de bobine, provient des champs électromagnétiques créés lors du fonctionnement des appareils électriques. Ces champs provoquent de subtiles vibrations dans les matériaux de l'appareil. Lorsque la fréquence de ces vibrations est comprise entre 20 Hz et 20 kHz, elles forment un son audible. Les équipements tels que les inducteurs, les transformateurs et certains moteurs rotatifs sont les principaux producteurs de ce bruit. Ce phénomène acoustique peut être considéré comme un pendant de la microphonie, qui décrit comment les vibrations mécaniques ou les sons peuvent provoquer des perturbations électroniques indésirables.
Concepts de base du bruit électromagnétique
La source des forces électromagnétiques réside dans l'existence de champs électromagnétiques, qui incluent les forces causées par le tenseur de contrainte de Maxwell, la magnétostriction et la force de Lorentz. Lorsque ces forces sont transférées entre différents milieux, elles provoquent une déformation des matériaux et produisent différentes vibrations et bruits. Lorsque les fréquences naturelles des modes structurels coïncident avec les fréquences des forces électromagnétiques externes, ces vibrations sont amplifiées, ce qui produit des sons plus forts. En termes simples, ce son est la résonance de la matière provoquée par des changements dans les champs électriques et magnétiques.
Bruit électromagnétique dans les moteurs
Dans un moteur électrique, les forces électromagnétiques provoquent des changements de couple, qui à leur tour provoquent des vibrations de torsion dans le rotor et le stator. En particulier dans les machines synchrones à aimants permanents, le « couple d'encoche » constitue un changement important qui entraîne un bruit de structure. L’ampleur et la gravité de ce bruit dépendent souvent de la conception de l’appareil, de ses conditions de fonctionnement et des propriétés des matériaux.
Le bruit solidien provient de la diffusion des vibrations de l'axe du rotor. Lorsque ces vibrations affectent le châssis et l'axe, un bruit supplémentaire est généré.
Caractéristiques acoustiques des inducteurs et des transformateurs
Dans un inducteur, l'énergie électromagnétique est stockée dans l'entrefer du circuit magnétique, et le bruit provoqué est étroitement lié au matériau de l'entrefer et à la géométrie du circuit magnétique. Il en va de même pour les transformateurs, où la magnétostriction dans les enroulements et le noyau feuilleté peut provoquer des vibrations et du bruit lorsque la charge change. Les condensateurs peuvent stocker de la tension et aussi produire des effets électroacoustiques lorsque la tension est instable. C'est ce qu'on appelle l'effet « condensateur chantant » et tout ce qu'il apporte est surprenant.
Méthodes de réduction du bruit électromagnétique
Les techniques visant à réduire le bruit électromagnétique et les vibrations incluent notamment des améliorations de conception, telles que la sélection de combinaisons fentes/pôles et de conceptions d'enroulement appropriées, évitant la résonance et augmentant les propriétés d'amortissement des matériaux. De plus, des modifications apportées à des appareils spécifiques, comme l'ajout d'une couche de colle sur un téléviseur, peuvent réduire efficacement le « bruit de bobine ». Ces solutions simples peuvent souvent améliorer considérablement l'expérience utilisateur.
Les améliorations apportées à la conception acoustique se sont concentrées sur la réduction de l’intensité de l’excitation électromagnétique et de l’intensité de la réponse structurelle pour réduire le bruit.
Exemples expérimentaux et simulations numériques
Pour comprendre comment fonctionne le bruit électromagnétique, il est utile de réaliser des expériences ou des simulations numériques. Des exemples de différents effets acoustiques observés en déplaçant un champ magnétique continu ou en appliquant un courant à fréquence variable améliorent non seulement notre compréhension de la génération de bruit, mais aussi de la manière dont ces phénomènes se produisent lorsque la théorie physique correcte est appliquée.
Qu'il s'agisse d'équipements statiques ou d'équipements rotatifs, l'existence du bruit électromagnétique est un sujet vaste et complexe. L’étude et la compréhension des sons produits par ces appareils peuvent nous aider non seulement à améliorer l’efficacité de la conception des moteurs, mais également à améliorer l’expérience d’utilisation de divers produits dans la vie quotidienne. Mais comment ces phénomènes affecteront-ils la conception des futurs appareils électroménagers et leur utilisation ?
