Was verursacht das Brummen von Schaltschränken?

Oftmals kommt man an einem Stromkasten an einem Strommast vorbei und hört ein deutliches Brummen, das daraus hervorgeht. Was verursacht diesen Ton? Hat der Stromfluss selbst ein Geräusch? Oder rüttelt die Strömung mit einer bestimmten Frequenz an den Metallteilen und verursacht das Geräusch?

Es gibt zwei Mechanismen: magnetisch und elektrostatisch. Die „Kiste am Mast“ ist in der Regel ein Transformator. Das sich ändernde Magnetfeld im Transformator kann den Magnetkern und die Drähte leicht bewegen und ein Geräusch verursachen. Dies ähnelt der Funktionsweise eines Lautsprechers, außer dass es keinen starken Permanentmagneten gibt und Transformatoren normalerweise eng gewickelt und imprägniert sind, um diesen Effekt zu verringern (Schweigheit ist ein Kriterium für einen gut gemachten Transformator). Der andere Mechanismus sind elektrische Hochspannungsentladungen in der Luft, die ein Rauschen verursachen können, das durch die Netzfrequenz moduliert wird.
Hier nur eine intuitive Vermutung, aber der Wechselstrom erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld. Vielleicht bringt das die Drähte dazu, im Erdmagnetfeld zu vibrieren.
Ein weiterer Effekt, der für Masten mit Stromkabel relevant ist: Wind könnte hier aufgrund aeroakustischer Effekte Geräusche verursachen.
Ich dachte immer , dass elektrisches Brummen auf die Ionisation von Luft in der Nähe von freiliegenden leitenden Bereichen zurückzuführen ist, die insbesondere mit Wechselstrom aufgeladen sind. Ich habe einmal ein defektes Netzteil an einem Computer anhand eines subtilen Brummens diagnostiziert und die Frequenz als Vielfaches der Netzfrequenz herausgefunden. Mein Heim-PC klappert jedoch auch aufgrund von Lüfter- und Festplattenbewegungen, die mit dem Gehäuse interagieren (getestet, indem Druck auf das Gehäuse ausgeübt und Lüfter blockiert wurden), und der Klang ist deutlich anders und mechanisch, mit unterschiedlichen Obertönen, AFAIK nicht Vielfache der Netzfrequenz ( was irrelevant ist, da sie DC sind).
Brummen durch ionisierte Luft tritt nur bei ziemlich hohen Spannungen auf (Fallbeispiel: Steckdosen brummen nicht, obwohl freiliegender DC-Leiter vorhanden ist).
Mehrere Leute haben hier Transformatoren erwähnt. Der Eisenkern eines Transformators ist etwas magnetostriktiv: en.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion
„Dieser Effekt verursacht Verluste durch Reibungserwärmung in anfälligen ferromagnetischen Kernen. Der Effekt ist auch verantwortlich für das tieffrequente Brummen, das von Transformatoren zu hören ist.“ Interessant. Danke @jameslarge!

Antworten (3)

Veränderliche (durch Wechselstrom verursachte) elektromagnetische Kräfte, die auf die Komponenten ausgeübt werden, bringen sie zum Schwingen, wodurch das Brummen verursacht wird. Bauteile, die typischerweise merklich summen, sind Transformatoren (bei denen die Spulen und Kerne im variierenden Magnetfeld vibrieren/magnetostriktiv sind) und unter bestimmten Umständen Kondensatoren (typischerweise haben sie höhere Resonanzfrequenzen und hörbares Kondensatorbrummen ist typisch für elektronische Geräte, z. B. Computer, hier die Kräfte auf die Platten versetzen das Dielektrikum in mechanische Schwingungen).

Die Frequenz des typischen Brummens ist die Netzfrequenz von (in Europa) 50 H z oder 100 H z (wenn es auf Magnetostriktion zurückzuführen ist oder es Gleichrichter gibt, die die niedrigste Frequenz effektiv verdoppeln). 60 H z ( 120 H z ) in den USA. In bestimmten Fällen kann die hörbarste Frequenz auch eine höhere Harmonische sein (aufgrund von Nichtlinearität, Resonanzphänomenen und der Reaktion des menschlichen Ohrs).

Die mechanischen Schwingungen aufgrund der Magnetostriktion verdoppeln die Frequenz, da die Längenänderung nicht von der Richtung der Magnetisierung abhängt (es wird also ein Extremum haben, wenn der Fluss durch den Transformatorkern Null erreicht, und das andere, wenn der Fluss maximal oder minimal ist). .

Und in Flugzeugen sind es 400 Hz. Sie können dies manchmal hören, wenn das Flugzeug am Gate steht und mit „Landstrom“ bei ausgeschalteten Triebwerken läuft.

Schaltnetzteile erzeugen ein höheres Rauschen, da sie zu Gleichstrom gleichrichten und dann einen kleinen Transformator mit einer viel höheren Frequenz als der Netzfrequenz ansteuern.

Es ist immer noch die gleiche Ursache: magnetische Kräfte, die die Komponenten, insbesondere die Induktoren, vibrieren lassen. Mir ist nicht bekannt, dass elektrostatische Anziehung / Abstoßung in Kondensatoren jemals eine Rauschquelle darstellt. Es gibt kapazitive Mikrofone und piezoelektrische Summer und Mikrofone, aber sie sind speziell als Transceiver konzipiert, nicht nur als Kondensatoren.

Sogenanntes „Spulenfiepen“ ist üblich bei Computerteilen wie Motherboards, Grafikkarten und Hauptnetzteilen des Computers (an die das Kabel angeschlossen wird).

Digitale Hochleistungs-Logikchips verwenden heutzutage intern Versorgungsspannungen zwischen 0,8 und 1,2 V bei hohem Strom. Verschiedene Komponenten wandeln die gemeinsame 12-V-Schiene auf die genaue Spannung herunter, für die sie ausgelegt sind. (Es ist kein Zufall, dass die Versorgungsspannung in der Nähe der Bandlücke für Silizium liegt. Der Betrieb mit einer möglichst niedrigen Spannung für eine bestimmte CPU-Frequenz minimiert den Stromverbrauch und reduziert die Wärme (was heutzutage der begrenzende Faktor ist, um die digitale Logik schneller zu machen). )).

Eine kleine Ergänzung: Ich bin mir ziemlich sicher, dass Kondensatoren in Hochfrequenzanwendungen auch Geräusche machen (weil das Dielektrikum in Längsrichtung schwingen kann). Die strukturelle Integrität von Keramikkondensatoren wird sicherlich nicht durch Vibrationen gefährdet.
@SebastianRiese: Guter Punkt, meine Formulierung korrigiert. Mir ist nicht bekannt, dass Kondensatoren in Computerkomponenten eine hörbare Geräuschquelle darstellen. Induktivitäten werden normalerweise von einer Leiterplatte abstehend montiert, während kleine Kondensatoren häufig oberflächenmontiert sind. Dies gibt Induktoren mehr Fähigkeit, Luft zu bewegen.
Meine Intuition sagt: Selbst oberflächenmontierte Komponenten können leicht vibrieren (vorausgesetzt, Sie sind nahe genug an einer Eigenfrequenz), und dann bringen sie das Epoxid zum Schwingen, das als Resonanzboden fungiert. Ich bin mir sicher, dass ich gelesen habe, dass Kondensatoren irgendwo Geräusche machen, aber ich kann die Quelle im Moment nicht finden (die besagte Quelle sagte, dass Sie in Computern normalerweise Kondensatoren hören, keine Spulen).
Kondensatoren machen es zumindest umgekehrt: en.wikipedia.org/wiki/Microphony dort heißt es, dass insbesondere X7R-Keramikkappen als Mikrofone fungieren, da das Material piezoelektrisch ist, dies sollte also in beide Richtungen funktionieren.
@SebastianRiese: Ich habe eine Bearbeitung vorgenommen, um darauf hinzuweisen, dass Kondensatoren, die nicht als elektroakustische Geräte ausgelegt sind, wahrscheinlich nicht viel interagieren. Für das Auseinanderschütteln hatte ich Elektrolyt- und Mylar-Dünnschichtkappen im Sinn. Danke für die Rückmeldung. :)

Die von Ihnen erwähnten Strompolkästen sind normalerweise Spannungstransformatoren, und obwohl es stimmt, dass die Quelle des "Brummens" die Spulen und der Kern sein könnten, halte ich es für wahrscheinlicher, dass das Transformatorgehäuse locker ist und verursacht es mit der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) vibrieren.

Was verursacht das Brummen von Schaltschränken?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v