Language
Country/Area
No result found
Những nguồn âm thanh đáng ngạc nhiên: Bạn có biết cuộn cảm và máy biến áp tạo ra tiếng ồn như thế nào không?
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường nghe thấy tiếng ù ù hoặc tiếng rít phát ra từ các thiết bị điện. Nguồn chính của những âm thanh này thường là cuộn cảm và máy biến áp mà chúng ta không chú ý nhiều đến. Hiện tượng này được gọi là tiếng ồn cảm ứng điện từ, xảy ra do sự rung động của vật liệu dưới sự kích thích của lực điện từ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu lý do tại sao các thiết bị này lại tạo ra tiếng ồn và cách giải thích những âm thanh khó hiểu này.
Tiếng ồn cảm ứng điện từ là âm thanh rung động đáng kể do vật liệu gây ra khi chịu sự kích thích của lực điện từ.
Tiếng ồn do điện từ gây ra, thường được gọi là tiếng ồn cuộn dây, bắt nguồn từ các trường điện từ được tạo ra khi các thiết bị điện hoạt động. Các trường này gây ra các rung động tinh tế trong các vật liệu bên trong thiết bị. Khi tần số của những rung động này nằm trong khoảng từ 20Hz đến 20kHz, chúng sẽ tạo ra âm thanh có thể nghe được. Các thiết bị như cuộn cảm, máy biến áp và một số động cơ quay là những thiết bị chính tạo ra âm thanh này. Hiện tượng âm thanh này có thể được coi là đối trọng với hiện tượng vi âm, mô tả cách rung động cơ học hoặc âm thanh có thể gây ra nhiễu loạn điện tử không mong muốn.
Các khái niệm cơ bản về nhiễu điện từ
Nguồn gốc của lực điện từ nằm ở sự tồn tại của trường điện từ, bao gồm các lực gây ra bởi tenxơ ứng suất Maxwell, từ giảo và lực Lorentz. Khi các lực này truyền giữa các môi trường khác nhau, chúng sẽ gây biến dạng vật liệu và tạo ra các rung động và tiếng ồn khác nhau. Khi tần số tự nhiên của các chế độ cấu trúc trùng với tần số của lực điện từ bên ngoài, các rung động này được khuếch đại, tạo ra âm thanh to hơn. Nói một cách đơn giản, âm thanh này là sự cộng hưởng của vật liệu gây ra bởi sự thay đổi trong trường điện và từ.
Tiếng ồn điện từ trong động cơTrong động cơ điện, lực điện từ gây ra những thay đổi về mô men xoắn, từ đó gây ra dao động xoắn ở rôto và stato. Đặc biệt trong các máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu, "mô men xoắn răng cưa" là một thay đổi đáng kể dẫn đến tiếng ồn do kết cấu. Kích thước và mức độ nghiêm trọng của tiếng ồn này thường phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị, điều kiện làm việc và tính chất của vật liệu.
Tiếng ồn do kết cấu phát sinh từ sự khuếch tán của rung động trục rotor. Khi những rung động này tác động đến khung và trục, tiếng ồn bổ sung sẽ được tạo ra.
Đặc điểm âm thanh của cuộn cảm và máy biến áp
Trong cuộn cảm, năng lượng điện từ được lưu trữ trong khe hở không khí của mạch từ và tiếng ồn gây ra có liên quan chặt chẽ đến vật liệu của khe hở không khí và hình dạng của mạch từ. Điều này cũng đúng với máy biến áp, khi đó từ giảo trong các cuộn dây và lõi nhiều lớp có thể gây ra rung động và tiếng ồn khi tải thay đổi. Tụ điện có thể lưu trữ điện áp và cũng tạo ra hiệu ứng điện âm khi điện áp không ổn định. Đây được gọi là hiệu ứng "tụ điện hát" và mọi thứ nó mang lại đều đáng ngạc nhiên.
Phương pháp giảm nhiễu điện từ
Các kỹ thuật nhằm giảm tiếng ồn và độ rung điện từ bao gồm những cải tiến về thiết kế, chẳng hạn như lựa chọn kết hợp khe/cực và thiết kế cuộn dây thích hợp, tránh cộng hưởng và tăng tính chất giảm chấn của vật liệu. Ngoài ra, những thay đổi đối với các thiết bị cụ thể, chẳng hạn như thêm một lớp keo vào TV, có thể giảm hiệu quả "tiếng ồn của cuộn dây". Những giải pháp đơn giản này thường có thể cải thiện đáng kể trải nghiệm của người dùng.
Những cải tiến trong thiết kế âm thanh tập trung vào việc giảm cường độ kích thích điện từ và cường độ phản ứng của cấu trúc để giảm tiếng ồn.
Ví dụ thực nghiệm và mô phỏng kỹ thuật số
Để hiểu cách thức hoạt động của nhiễu điện từ, việc thực hiện các thí nghiệm hoặc mô phỏng số sẽ rất hữu ích. Các ví dụ về các hiệu ứng âm thanh khác nhau được quan sát bằng cách di chuyển từ trường DC hoặc áp dụng dòng điện tần số thay đổi không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình tạo ra tiếng ồn mà còn hiểu rõ hơn về cách các hiện tượng này xảy ra khi áp dụng đúng lý thuyết vật lý.
Cho dù là thiết bị tĩnh hay thiết bị quay, sự tồn tại của nhiễu điện từ là một chủ đề lớn và phức tạp. Việc nghiên cứu và hiểu rõ âm thanh do các thiết bị này tạo ra không chỉ giúp chúng ta cải thiện hiệu quả thiết kế động cơ mà còn cải thiện trải nghiệm sử dụng nhiều sản phẩm khác nhau trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, những hiện tượng này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế và việc sử dụng thiết bị trong tương lai?
