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Fontes sonoras surpreendentes: você sabe como indutores e transformadores produzem ruído?
Em nossas vidas diárias, ouvimos frequentemente zumbidos ou assobios de aparelhos elétricos. As principais fontes desses sons são muitas vezes indutores e transformadores aos quais não prestamos muita atenção. Este fenômeno é denominado ruído eletromagnético induzido, causado pela vibração de materiais sob a estimulação de forças eletromagnéticas. Neste artigo, exploraremos por que esses dispositivos fazem barulho e como explicar esses sons confusos.
O ruído induzido eletromagnético é um som de vibração significativo causado por materiais sob a estimulação da força eletromagnética.
O ruído induzido eletromagnético, muitas vezes chamado de ruído da bobina, origina-se dos campos eletromagnéticos criados quando os aparelhos elétricos estão em operação. Esses campos causam vibrações sutis nos materiais do dispositivo. Quando essas vibrações têm uma frequência entre 20 Hz e 20 kHz, elas criam um som audível. Equipamentos como indutores, transformadores e certas máquinas elétricas rotativas são os principais produtores desse som. Este fenômeno acústico pode ser visto como a contrapartida da microfonia, que descreve como vibrações mecânicas ou sons podem causar distúrbios elétricos indesejados.
Conceitos básicos de ruído eletromagnético
A fonte da força eletromagnética reside na existência de um campo eletromagnético, que inclui forças causadas por fatores como o tensor de tensão de Maxwell, a magnetostrição e a força de Lorentz. Quando essas forças são convertidas entre diferentes meios, elas causarão a deformação do material e produzirão diferentes vibrações e ruídos. Quando as frequências naturais dos modos estruturais correspondem às frequências das forças eletromagnéticas externas, esses movimentos de frequência serão intensificados, resultando em sons mais altos. Simplificando, este som é devido à ressonância do material causada por mudanças nos campos elétricos e magnéticos.
Ruído eletromagnético em motores
Em motores elétricos, as forças eletromagnéticas causam alterações no torque, que por sua vez causam vibrações de torção no rotor e no estator. Especialmente em máquinas síncronas de ímã permanente, o "torque de engrenagem" é uma mudança significativa, resultando em ruído transmitido estruturalmente. O tamanho e a gravidade desse ruído geralmente dependem do design do dispositivo, das condições operacionais e das propriedades do material.
O ruído transmitido pela estrutura origina-se da difusão de vibrações ao longo do eixo do rotor. Quando essas vibrações afetam a estrutura e o eixo, é gerado ruído adicional.
Características acústicas de indutores e transformadores
Em um indutor, a energia eletromagnética é armazenada no entreferro do circuito magnético, e o ruído causado está intimamente relacionado ao material do entreferro e à geometria do circuito magnético. O mesmo se aplica aos transformadores, onde a magnetostrição em seus enrolamentos e núcleos laminados também pode causar vibração e ruído quando a carga muda. Os capacitores podem armazenar tensão e produzir efeitos eletroacústicos quando a tensão está instável. Isso é chamado de efeito “capacitor cantante”, e tudo o que ele traz é surpreendente.
Métodos para reduzir o ruído eletromagnético
As técnicas para reduzir o ruído eletromagnético e a vibração incluem especificamente melhorias no projeto, como a seleção de combinações apropriadas de ranhura/pólo e projetos de enrolamento, evitando ressonância e aumentando as propriedades de amortecimento dos materiais. Além disso, alterações em equipamentos específicos, como adicionar uma camada de cola à TV, podem reduzir efetivamente o “ruído da bobina”. Essas soluções simples podem muitas vezes melhorar muito a experiência do usuário.
As melhorias no design acústico concentraram-se na redução da intensidade da excitação eletromagnética e da intensidade das reações estruturais para reduzir o ruído.
Exemplos experimentais e simulações numéricas
Para entender como funciona o ruído eletromagnético, é útil realizar experimentos ou simulações numéricas. Diferentes efeitos acústicos podem ser observados movendo um campo magnético DC ou aplicando corrente de frequência variável, e esses exemplos não apenas melhoram nossa compreensão da geração de ruído, mas também nos dão uma ideia de como esses fenômenos ocorrem quando a teoria física correta é aplicada.
Seja equipamento estático ou rotativo, a existência de ruído eletromagnético é um problema enorme e complexo. Estudar e compreender os sons produzidos por esses dispositivos pode nos ajudar não apenas a melhorar o desempenho no projeto de motores, mas também a melhorar a experiência de uso de diversos produtos em nosso dia a dia. No entanto, como é que estes fenómenos afectarão a futura concepção e utilização de aparelhos eléctricos?
