DE1224828B

DE1224828B - Process for the production of laminated magnetic cores for transformers and chokes

Info

Publication number: DE1224828B
Application number: DES63114A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Reiplinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-05-23
Filing date: 1959-05-23
Publication date: 1966-09-15
Also published as: CH398775A; BE589205A

Description

Verfahren zur Herstellung von aus Blechen geschichteten Magnetkernen für Transformatoren und Drosseln Die Geräuschbildung ist eine bei Transformatoren und Drosseln charakteristische Erscheinung und wird besonders dann als störend empfunden, wenn beispielsweise Freiluftumspannstationen in der Nähe von Wohngegenden errichtet werden. Seit langem ist man bemüht, geräuscharme Transformatoren, z. B. durch am Transformatorkessel vermittels an den Kesselaußenflächen angebrachten Dämmfächern, Schallabsorbern, biegeweichen Wänden usw. zu bauen. Auch ergriff man schon Maßnahmen, um die Geräuschausbreitung zu unterdrücken, z. B. durch Aufstellung der Transformatoren in Zellen, oder so das Geräusch zu lenken, z. B. vermittels vor dem Transformator aufgestellten Wänden, daß es auf die Umgebung nicht mehr so störend wirkt.Process for the production of magnetic cores layered from sheet metal for transformers and chokes Noise is generated by transformers and throttles characteristic appearance and is especially perceived as annoying, for example, when building outdoor substations near residential areas will. Efforts have long been made to use low-noise transformers, e.g. B. by am Transformer boiler by means of insulation compartments attached to the outside of the boiler, Build sound absorbers, flexible walls, etc. Measures have also been taken to suppress the propagation of noise, e.g. B. by setting up the transformers in cells, or so to direct the noise, e.g. B. mediated in front of the transformer erected walls so that it no longer has such a disruptive effect on the environment.

Es ist bekannt, daß für die Geräuschbildung beim Transformator, insbesondere bei Großtransformatoren, die in der Regel einen aus Blechlamellen geschichteten Eisenkern haben, neben anderen, aber wesentlich geringeren Einflüssen in erster Linie die Magnetostriktion des Eisenkerns die Ursache ist. Bekanntlich durchläuft die Magnetostriktion, das ist die Längenänderung des Eisenkerns, unter dem Einfluß des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von der Flußdichte die sogenannte Magnetostriktionsschleife. Die Längenänderung erreicht beim positiven und negativen Scheitelwert der Flußdichte bei üblichen Induktionen je einen Höchstwert. Dies hat die Erzeugung der doppelten Frequenz, bezogen auf die Erregerfrequenz als Grundfrequenz des Schalls zur Folge. Demnach beträgt beispielsweise bei 50 Hz Erregung der Grundton des Geräusches 100 Hz. Der Eisenkern wirkt somit als Schallgenerator mit einer Grundfrequenz von 100 Hz. Dazu kommen noch Oberwellen bis etwa 600 Hz. Die Schwingungen des Eisenkems werden zum größten Teil direkt auf den Transformatorkessel, teils aber auch auf das ihn um-Clebende Medium, z. B. Öl, übertragen. Der Kessel und die daran angebrachten Kühlelemente strahlen die auf sie übertragenen Schwingungen zusammen mit teilweise erregten Eigenfrequenzen an die umgebende Luft ab.It is known that the noise generation in the transformer, especially in large transformers, which usually have an iron core layered from sheet metal lamellas, is primarily caused by magnetostriction of the iron core, along with other, but much smaller, influences. As is well known, magnetostriction, that is, the change in length of the iron core, runs through the so-called magnetostriction loop under the influence of the magnetic field as a function of the flux density. The change in length reached the flux density in conventional inductions each have a maximum value at the positive and negative peak value. This results in the generation of twice the frequency in relation to the excitation frequency as the basic frequency of the sound. According to this, for example, with 50 Hz excitation, the fundamental tone of the noise is 100 Hz. The iron core thus acts as a sound generator with a fundamental frequency of 100 Hz. In addition, there are harmonics up to about 600 Hz but also on the medium around him, e.g. B. Oil, transferred. The boiler and the cooling elements attached to it radiate the vibrations transmitted to them together with partially excited natural frequencies to the surrounding air.

Um das lästige Brummgeräusch bei Kernen von Wechselstromschützen od. dgl. zu unterdrücken, wurden die Magnetkerne aus mindestens zwei Eisensorten verschiedener Hysteresis aufgebaut. Dabei wurde der Kern teils aus massiven Kernstücken und relativ dünnen Blechen aufgeschichtet, um in den einzelnen Kernteilen gegeneinander phasenverschobene magnetische Partialflüsse zu erzielen. Solche Kernausführungen sind für den Bau von Transformatorkemen ungeeignet und bringen auch nicht die erstrebte Geräuschminderung.To avoid the annoying humming noise with cores of AC contactors or. Like. To suppress, the magnetic cores were made of at least two different types of iron Hysteresis built up. The core was partly made of massive core pieces and relative thin metal sheets are stacked so that the individual core parts are out of phase with one another to achieve magnetic partial fluxes. Such core designs are for construction of transformer core unsuitable and also do not bring the desired noise reduction.

Ferner wurde eine Kemausführung bekannt, bei der der Kein aus Blechen verschiedener Permeabilität hergestellt war. Dabei wurden Bleche mit hoher Anfangspermeabilität, insbesondere aus Nickel-Eisen-Legierungen und siliziumlegierte Bleche verwendet. Vor ihrer Schichtung konnten die Bleche einer besonderen Wärmebehandlung unterworfen werden. Derart aufgebaute Kerne brachten wohl eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Eisenkerns, nicht aber eine Verminderung der Geräuschbildung.Furthermore, a core design was known in which the none made of sheet metal different permeability was made. Sheets with a high initial permeability, used in particular made of nickel-iron alloys and silicon-alloyed sheets. Before they were layered, the sheets could be subjected to a special heat treatment will. Cores constructed in this way probably improved the magnetic ones Properties of the iron core, but not a reduction in noise generation.

Nachdem es bekannt wurde, daß die Geräuschbildung bei Transformatoren größtenteils durch die Magnetostriktion des Eisenkerns hervorgerufen wird, versuchte man zunächst, den Kemquerschnitt zu ver-or ößern bzw. die Induktion zu verkleinern. Solche Maßnahmen fanden aber wegen ihrer offensichtlichen Nachteile hinsichtlich des vergrößerten Kerns keine Anwendung.After it became known that the noise generation in transformers largely caused by the magnetostriction of the iron core, tried one first has to enlarge the core cross-section or reduce the induction. Such measures found however because of their obvious disadvantages with regard to of the enlarged core is not used.

Auch ein anderer Weg, bei dem Werkstoffe positiver Magnetostriktion mit Werkstoffen negativer Magnetostriktion oder mit umnagnetischenWerkstoffen plattiert wurden, fand keine praktische Verwendung, da dabei nur die positive Magnetostriktion durch Druckspannungen und die negative Magnetostriktion durch Zugspannungen überlagert wurde; die Geräuschbildung wurde dadurch nicht vermindert, da diese mit den durch die Magnetostriktion hervorgerufenen inneren Spannungen nichts zu tun hat und für die Geräuschbildung nur die Schwingungen an der Kernoberfläche, bedingt durch die Längen- und Quersdhnittsänderungen infolge Magnetostriktion, maßgebend sind. Ausgehend von dieser Erkenntnis wurde auch bereits vorgeschlagen, als Werkstoff für Transformatorkerne eine Eisen-Nickel-Legierung solcher Zusammensetzung zu wählen, daß die Magnetostriktion Null wird. Der hohe Nickelgehalt solcher Legierungen spricht wegen der hohen Kosten auch gegen diesen Vorschlag.Another way too, in which materials have positive magnetostriction Clad with materials of negative magnetostriction or with non-magnetic materials found no practical use, since only the positive magnetostriction superimposed by compressive stresses and the negative magnetostriction by tensile stresses became; the noise was not reduced as this was caused by the the internal tension evoked by magnetostriction has nothing to do with and for the noise only the vibrations on the core surface, due to the Changes in length and cross section due to magnetostriction are decisive. Outgoing from this knowledge has also already been proposed as a material for Transformer cores to choose an iron-nickel alloy of such composition that the magnetostriction Becomes zero. The high nickel content of such alloys speaks for its high cost also against this proposal.

Bei einer weiterhin bekanntgewordenen Kernausführung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß Eisenbleche eine positive Magnetostriktion besitzen und sich somit in Flußrichtung verlängern und senkrecht dazu verkürzen, während dagegen Metalle mit negativer Magnetostriktion sich gerade umgekehrt verhalten. Demzufolge wurde vorgeschlagen, zur Kernschichtung Bleche mit negativer Magnetostriktion, wofür in erster Linie Nickel in Frage kommt, und Eisenbleche zu benutzen. Eine solche Kernbauweise bringt zwar die angestrebte Geräuschminderung; ihr haftet aber der Nachteil an, daß dabei zwei veischiMeneWerkstoffsorten benutzt werden müssen, wovon die eine noch recht teuer ist.In a further known core design, it is assumed that iron sheets have a positive magnetostriction and thus lengthen in the direction of flow and shorten perpendicular to it, whereas metals with negative magnetostriction behave in exactly the opposite way. Accordingly, it has been proposed to use sheets with negative magnetostriction, for which nickel is primarily used , and iron sheets for core layering. Such a core construction brings the desired noise reduction; But it has the disadvantage that two different types of material have to be used, one of which is still quite expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen demgegenüber weit billigeren und auch einfacheren Weg für die Herstellung von geschichteten Eisenkernen zu weisen. Der Eisenkern nach der Erfindung wird zwar auch zum Zwecke der Geräuschminderung aus Blechen mit abweichender Magnetostriktion aufgebaut, doch werden bei diesem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bleche mit abweichender Magnetostriktion vor der Schichtung aus den zur Kernschichti#ng verwendeten vorzugsgerichteten Eisenblechen normaler Magnetostriktion durch eine thermische und/oder mechanische Sonderbehandlung geschaffen. Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daß man auch bei Eisenblechen der gleichen Sorte Bleche mit positiver oder negativer Magnetostriktion erhalten kann, je nachdem man diese behandelt. Beispielsweise kann man dabei so verfahren, daß man einen Teil der zur Blechschichtung verwendeten Bleche, die zwar gleiche. oder etwa gleiche magnetische Eigenschaften wie die übrigen Bleche haben, in herkömmlicher Weise glühbehandelt, während die übrigen Bleche diese Nachglühbehandlung nicht erfahren.The object of the invention is to provide a far cheaper and also simpler way of producing layered iron cores. The iron core according to the invention is also built up from sheets with different magnetostriction for the purpose of noise reduction, but in this according to the method according to the invention the sheets with different magnetostriction are made from the preferably oriented iron sheets used for core layering with normal magnetostriction by thermal and / or mechanical special treatment created. The invention is therefore based on the knowledge that sheet metal with positive or negative magnetostriction can also be obtained with iron sheets of the same type, depending on how they are treated. For example, one can proceed in such a way that some of the sheets used for laminating sheets are the same. or have approximately the same magnetic properties as the other sheets, annealed in a conventional manner, while the other sheets do not undergo this post-annealing treatment.

Es ist auch möglich, alle Bleche zu glühen, aber einen Teil bei einer anderen Temperatur wie den übrigen Teil. Bei der möglichen mechanisch unterschiedlichen Behandlung kann ein Teil der Bleche zusätzlich geWalzt, gehämmert oder sonstwie mechanisch bearbeitet werden, während der andere Teil der Bleche diese Behandlung nicht erfährt. Die Schichtung der unterschiedlich behandelten Bleche erfolgt mit besonderem Vorteil abwechselnd, wobei das Mischungsverhältnis 1. 1 eingehalten wird, Es ist äber auch möglich, mit anderen Mischungsverhältnissen bis zu 1: 5 noch recht gute Resultate hinsichtlich Geräuschminderung zu erzielen.It is also possible to anneal all the sheets, but a part at a different temperature than the rest of the sheet. With the possible mechanically different treatment, some of the sheets can additionally be rolled, hammered or otherwise mechanically processed, while the other part of the sheets does not receive this treatment. The layering of the differently treated sheets takes place alternately with particular advantage, maintaining the mixing ratio of 1. 1. It is also possible to achieve quite good results in terms of noise reduction with other mixing ratios of up to 1: 5.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschaffene Kernaufbau führt, wie durchgeführte Versuche bestätigen, zu einem überraschend guten Ergebnis hinsichtlich Geräuschentstehung am Kern. Dabei ist von besonderer Bedeutung, daß sich diese Geräuschminderung ohne große Kosten und Arbeitsaufwand erzielen läßt, denn wesentlich ist die Tatsache, daß bei einem Teil der Bleche beispielsweise eine Nachglühbehandlung in Wegfall kommt oder die Nachglühung nicht mehr so viel Zeit beansprucht wie bisher. Auch die vorgeschlagene mechanische Behandlung eines Teils der Bleche bereitet keine besonderen Schwierigkeiten.The core structure created by the method according to the invention leads to as confirmed by the tests carried out, with regard to a surprisingly good result Noise generation at the core. It is of particular importance that this noise reduction can be achieved without great expense and effort, because what is essential is the fact that with some of the sheets, for example, an afterglow treatment is omitted comes or the afterglow does not take as much time as before. Even the proposed mechanical treatment of part of the sheets does not prepare any particular difficulties.

In der Zeichnung ist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kern in Stirnansicht wiedergegeben. Dabei sind die. Bleche 1 einer anderen thermischen und/oder mechanischen Behandlung unterworfen als die Bleche2.In the drawing, the core produced by the method according to the invention is shown in an end view. There are those. Sheet metal 1 subjected to a different thermal and / or mechanical treatment than sheet metal 2.

Claims

Claims: 1. A method for the production of laminated sheet metal magnetic cores for transformers or chokes, in which to reduce the noise caused by magnetostriction, sheets with different magnetostriction are frictionally layered between sheets of normal magnetostriction, characterized in that the sheets with different magnetostriction are stratified the iron sheets used for core stratification with normal magnetostriction due to a thermal *. and / or mechanical special treatment can be created.

2. A method for manufacturing of laminated magnetic cores according to claim 1, characterized in that the iron sheets deviating from normal magnetostriction in a ratio of 1: 1 to 1-5 are mixed. Considered publications: German Patent Specifications No. 710 983, 657 739; German Auslegeschrift No. 1 014 631. Earlier patents considered. German Patent No. 1 094 868.