DE2054567A1 - Transformator - Google Patents

Description

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstraße 5

FST 7OA5 ^n 7 Stuttgart, 30. Oktober 1970

" . PT-FST/Lehmann/dk

"Transformator "

Die Erfindung betrifft einen Transformator bestehend aus einem magnetischen Kern und diesen umfassenden koaxialen Wicklungssystemen.

Die Quelle des vom Transformator abgestrahlten Geräusches besteht zum größten Teil in der magnetostriktlven Längenänderung des Eisenkernes unter dem Einfluß der magnetischen Erregung. Da es sich bei einem Transformator um ein äußerst komplexes und kompliziertes mechanisches Schwingungsgebilde mit theoretisch unendlich vielen Eigenfrequenzen handelt, kann durch die magnetostriktive Längenänderung des Kernbleches und des gesamten Eisenkernes durch Luft- oder Körperschall eine Anregung von bestimmten Eigenfrequenzen von Teilen dieses Systemes erfolgen und zu einer Verstärkung des Ursprungsgerausch.es beitragen. Dabei ist es möglich, daß auf Grund der geometrischen Abmessungen des Kernes auch die Schenkel und Joche schon in ihrer Eigenfrequenz angeregt werden können. Ebenso ist die Anregung der .

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Schwingungseigenfrequenz der als koaxiale Zylinder denkbaren OS- und US-Wicklungen des Transformators möglich.. Diese Anregung der Spulensysteme zur Eigenschwingung kann sowohl durch Kühlmittelübertragung, also Luft- oder öl- als auch durch Körperschallübertragung erfolgen, wobei die letztere Übertragung überwiegt. Eine wesentliche Verminderung des vom Kern ausgehenden Geräusches wird bei einem Transformator bestehend aus einem magnetischen Kern und diesen umfassenden koaxialen Wicklungssystemen erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Eisenkern und Wicklungssysteme über schwingungsdämpfende Elemente miteinander verbunden sind.

Bis heute hat man insbesondere bei kleineren und mittleren Transformatoren vielfach die Preßung der zum Kern geschichteten Einzelbleche und hierbei vor allem die Preßung des bewickelten Schenkels dem Wicklungszylinder übertragen. Dabei wurde der aufgeschobene Wicklungszylinder mit Leisten gegen den Kern verkeilt. Eine Folge davon war die praktisch starre Kopplung zwischen Kern und Wicklungssystemen. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, den Kern und die Wicklungssysteme nur über schwinggungsdämpfende Elemente miteinander zu verbinden. Das setzt voraus, daß der Kern keinerlei mechanischer Unterstützung seitens der Wicklung mehr bedarf, d.h. vorzugsweise bei kleineren und mittleren Transformatoren mittels Bandagen aus elektrisch nichtleitenden Werkstoffen, z.B. kunstharz-getränktera und aushärtbarem Glasband oder aus schrumpfenden Kunststoffbandagen mit flexibler Armierung zu einem festen, bandagierten Kern zusammengefügt ist.

Die Wicklungssysteme selbst können vorzugsweise mittels elastischer Preßklötze,vorzugsweise aus mechanisch und thermisch hochbeanspruchbaren Elastomeren oder handelsüblichen Polstern aus Metallgewebe oder Stahldraht, die zudem eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzen, an einer konzentrisch zum Kern liegenden

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Achse fixiert sein. Eine noch größere Wirkung erreicht man, wenn man den Elastomeren neben einer möglichst hohen Schwingungsisolierung auch noch dämpfende Eigenschaften gibt.

Die schalltechnische Entkopplung der Wicklungssysterae kann noch dadurch weitergetrieben werden, daß auch die koaxialen Wicklungssysteme untereinander nur über schwingungsdanipfende Elemente z.B. Preßklötze aus Elastomeren verbunden sind.

Weitere Schall- und Resonanzquellen können dadurch ausgeschaltet werden, daß zwischen den Jochen und dem Preßbalken und zwischen den Schenkeln und den Zugankern weitere Entkopplungen angeordnet i werden, die besonders dahin tendieren, den Eisenkern von mechanischen Verspannungen freizuhalten. Ebenfalls können die Preßbalken und Joche verspannenden Preßbolzen an ihren Auflagestellen an dem Preßbalken durch Verwendung elastischer Zwischenschichten entkoppelt sein.

Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, daß der Kern auf dem Fahrgestell unter Zwischenlage von Schwingmetall oder elastischen Zwischenschichten aufgestellt wird, die die Körperschallübertragung vom Aktivteil des Transformators auf das Aufstellungsfundament unterbinden oder mindern.

Eine weitere Übertragungsmöglichkeit von Schallwellen, die im Kern ihren Ursprung haben, zwischen Kern und der ihn umgebenden koaxialen Wicklung besteht in dem dort vorhandenen Kühlmittel, bei Lufttransformatoren Luft, bei flüssigkeitsgekühlten Transformatoren üblicherweise öl. Sind die geometrischen Abmessungen, insbesondere die radialen Abstände zufälligerweise so, daß in diesen luft- bzw. ölgefüllten Spalten stehende Wellen sich ausbilden können, so erfolgt eine beträchtliche Schallübertragung auf diesem Wege.

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Um auch diese Möglichkeit zu unterbinden, wird weiter vorgeschlagen, daß in den axialen Kanälen zwischen Kern und Wicklung ringförmige Gitter, Roste oder ähnliche Störelemente eingelegt werden, die vorzugsweise in den axialen Schwingungsbäuchen.der zu erwartenden Schallwellen angeordnet sind, so daß die Ausbildung einer stehenden Welle unterbunden wird.

Anhand der anliegenden Zeichnung eines Gießharztransformators werden beispielsweise die erfindungsgemäßen Maßnahmen erläutert.

Auf die Verkeilung zwischen Kern 1 und TJS-Wicklungen 4- wird verzichtet, indem man die Fixierung und Pressung des Eisenkernes durch Kernbandagen 6 aus einem unmagnetischen, nicht leitenden Werkstoff, z.B. gießharzvorimprägniertes und ausgehärtetes Glas-r band oder Schrumpfbandagen aus Kunststoff oder Glasträgermaterialien mit Zusätzen aus Gießharzformstoffen durchführt. Durch diese Maßnahme ist der Eisenkern 1 auch ohne die Verkeilung mit den innenliegenden US-Wicklungen 4- stabil und in der Lage, die Preßkräfte der Spulen über seine Zuganker 11 aufzunehmen. Die Fixierung der kernnahen US-Wieklung 4- und der außen liegenden OS-Wdcklung 3 muß nun ebenfalls so erfolgen, daß die Übertragung von Körperschall und Kernschwingungen entkoppelt also unterbunden ist. Hier wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bisher aus massiven Werkstoffen gefertigten Preßklötze 5* die ihre Spannung über ein Federsystem 12 und die Preßeisen 2 von den Zugankern 11 erhalten, entweder aus vollelastischem Material oder durch eine Kombination eines festen Preßklotzteiles und einer elastischen Zwischenlage 7 zn den Spulen hin herzustellen.

Diese Preßklötze bewirken auf Grund ihrer Elastizität, daß die beiden Spulen 3-4· nur noch über den Luftschall und die elastische Zwischenlage 7 mit dem Kern 1 gekoppelt sind. Die mechanische Anregung der Spulensysteme wird dadurch in der Mehrzahl aller Fälle unterbunden.

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Weiterhin ist noch eine Übertragung der Kernbewegung oder des Kerngeräusches auf die Preßeisen 2 des Transformators denkbar. Um auch hier eine Entkopplung zu erreichen, wird vorgeschlagen, zwischen Eisenkern 1 und den das obere und untere Joch einspannenden Preßeisen 2 elastische Elemente 8 z.B. in Plattenform einzufügen*·

Der Erfolg solcher entkoppelnder Maßnahmen in Bezug auf die Lautstärke eines Transformators ist besonders dann außerordentlich groß, wenn im Bezug auf seine Wirtschaftlichkeit eine relativ hohe Induktion des Eisenkernes gewählt wurde. In diesen Fällen ist es durchaus im Bereich des Möglichen, Geräuschabsenkungen von mehr als 10 dB zu erreichen. Da durch die mechanische Entkopplung in den Stirnflächen der einzelnem Wicklungen eine Unterbindung des vom Kernschenkel ausgehenden JLuftschalls nicht möglich ist, kann nicht ausgeschlossen werden, daß die am Kern angeordnete Spule über den Luftschall zu eigenen Schwingungen angeregt wird. Um eine Weiterführung der Schwingungen dieser Spule auf die konzentrisch außen angeordnete Spule zu unterbinden, ist es ebenfalls im Sinne der Erfindung, für eine Entkopplung zwischen den Einzelspulen des Spulensystems Sorge zu tragen. Das bedeutet, daß auch zwischen den Einzelspulensystemen keine mechanisch starre Verbindung eingebracht v/erden darf-

Infolge der zunehmenden Energiedichte, insbesondere in den Städten, wird es für die Energieversorgungsunternekmen immer zwingender, mit relativ hohen Spannungen in die VerbraucherSchwerpunkte vorzustoßen. Das bedingt, daß bei großen Stranverbrauchern, Hochhäusern, Krankenhäusern Schulen usw. Verteilungstransformatoren eingebaut werden müssen, die von der Zuleltungsspannung: 10, 20 oder 30 kV auf die normale Verbraucherspacnung heruntertransformieren. Aus Gründen der Brennbarkeit des sonst üblicherweise bei Transformatoren als Kühl- und Isolierflüssigkeit verwendeten Öles

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werden solche .Transformatoren vorzugsweise mit Luftkühlung
ausgeführt, entweder in der herkömmlichen Isolationsweise mit Lacken oder mit der neueren Kunststoffvergußbauweise. Insbesondere bei solchen luftgekühlten Trockentransformatoren stellt sich nun wegen der oben genannten bevorzugten Anwendungsarten die Frage der bisher noch weitgehend unvermeidlichen Geräuschentwicklung und ihre möglichste Dämmung bzw. Absenkung. Mit den in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen wird
ein großer Schritt in Richtung auf die in Ballungsräumen notwendige Geräuschminderung getan, in dem die von den Transformatoren ausgehenden Brummgeräusche um ein beträchtliches vermindert werden.

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Claims (11)

1. TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstraße 5

   FST 7OA5 En 7 Stuttgart, 30. Oktober 1970

   PT-FST/Lehmann/dk

   Patentansprüche

   (1.JTransformator bestehend aus einem magnetischen Kern und diesen umfassenden koaxialen Wicklungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenkern und Wicklungssysteme über schwingungsdämpfende Elemente miteinander verbunden und dadurch im akkustisehen Sinne entkoppelt sind.
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern mittels Bandagen aus unmagnetischen nicht leitenden Werkstoffen, z.B. kunstharz-getränktem und aushärtbarem Glasband oder schrumpfenden Kunststoffbandagen mit flexibler Armierung, zu einem bandagierten Kern gepreßt ist.

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3. 3. Transformator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Wicklungssysterae mittels elastischer Preßklötze vorzugsweise aus mechanisch und thermisch hoch beanspruchbaren Elastomeren an einer konzentrisch zum Kern liegenden Achse fixiert sind.
4. 4·. Transformator nach-Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß' die Eläs&amere neben der entkoppelnden Wirkung des Körperschalls oder der mechanischen Schwingungen auch noch dämpfende Eigenschaften besitzen·.
5. 5. Transformatoren; nach- einem der Ansprüche 3 - 4? dadurch gekennzeichnet, daß durch die elastischen; Preßklötze eine Entkopplung der konzentrisch angeordneten.¹ Teilwicklungen auch untereinander erfolgt.
6. 6. Transformator nach einem der Ansprüche 1■-- 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch elastische Zwischenlagen zwischen den Jochen und= den Preßbalken- und zwischen den Schenkeln und den Zügankern eine Entkopplung erfolgt.
7. 7. Transformator gemäß Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Preßbalken und Joche verspannenden Preßbölzon an ihren Auflagenstellen an den' Preßbalken durch Verwendung elastischer Zwischenschichten entkoppelt sind.
8. 8. Transformator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,-daß die Aufstellung des Kernes auf dem Fahrgestell unter Zwischenlage von Schwingmetall oder elastischen Zwischenschichten erfolgt, die die Körperschallübertragung vom Aktivteil des Transformators auf das Aufstellungsfundament unterbinden oder mindern.

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9. 9· Transformator nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als elastische Zwischenschichten Polster aus Metallgewebe oder Stahldraht mit entsprechend hoher Temperaturbeständigkeit zur Körperschallentkopplung eingesetzt sind.
10. 10. Transformator nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den axialen Kanälen des Transformators zwischen Kern und innerster Wicklung bzw. zwischen den Wicklungen entstehenden Kühlmittelschwingungen durch I Einlegen von ringförmigen Gittern oder ähnlichen Sperren, die vorzugsweise in den axialen Schwingungsbäuchen der zu erwartenden Welle angeordnet sind, vermindert werden und dadurch die Ausbildung einer stehenden Welle unterbunden wird.
11. 11. Transformator nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen luftgekühlten Trockentransformator handelt.

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