DE2246235A1 - Trockentransformator - Google Patents

Description

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7ooo Stuttgart-50, Deckerstraße 5

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf Stuttgart, den 8.9,72

¹ PT-FST/Dr. Wolf/si

Trockentrans formator

Bedingt durch ihren konstruktiven Aufbau werden bei Trockentransformatoren die vom Kern als akustischem Störstrahler ausgehenden mechanischen Schwingungen zu einem wesentlichen,Anteil über die Preßteile und die zwischen dem Kern und der diesem benachbarten Wicklung sowie gegebenenfalls auch im Zwischenraum zwischen den einzelnen konzentrisch zueinander liegenden Wicklungen vorgesehenen Abstütz- und Distanzelemente auf die Wicklungen übertragen und von diesen an das sie umgebende gasförmige Medium abgestrahlt.

Da die Spulen oder Wicklungszylinder selbst schwingungsfähige Gebilde darstellen, können diese durch die vom Kern herrührenden mechanischen Schwingungen entsprechender Frequenzen und Amplituden zu Resonanzschwingungen angeregt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Spulen in einen Mantel aus einem geeigneten Gießharz oder sonstigem Material eingebettet oder einge-' gössen sind, da die schwingungsdämpfende Wirkung derartige ' Zylinderschalen im allgemeinen verhältnismäßig gering ist und demgemäß schon geringe Erregerkräfte ausreichen,

te ma U schon gerxr

409813/0650

ORIGiNAL INSPECTED

Erf.-Nr. : FST 72/J9 Wl

um solche Gebilde zu mechanischen Schwingungen anzuregen.

Insbesondere bei kleineren und mittleren Transformatorkernen ist es möglich und zweckmäßig, auf die Anwendung von Kernpreßbolzen zu verzichten und die Schenkel bleche durch die unter Verwendung von Distanzleisten stramm auf den Kernschenkel aufgeschobene Wicklung in Verbindung mit einer geeigneten Jochpressung zusammenzuhalten. In Wechselwirkung ist damit diese Wicklung zugleich auch gegen den Schenkel abgestützt. Die Abstützung und Halterung der Wicklung wird dabei so vorgenommen, daß sie die mit Rücksicht auf die elektrodynamischen Kräfte erforderliche Stabilität aufweist.

Die durch einen solchen Wicklungsaufbau bedingte kraftschlüssige Verbindung zwischen Kern und der diesem unmittelbar benachbarten Wicklung ist gleichbedeutend mit einer schwingungetechnisch gesehen starren Massenkopplung von Kern und Wicklung, so daß für eine Körperschallübertragung optimale Voraussetzungen vorliegen. Das bedeutet, daß die vom Kern ausgehenden mechanischen Schwingungen einmal über die Preßkonstruktion und zum andern direkt über die Stützleisten auf diese Wicklung übertragen werden, so daß diese angeregt und ebenfalls zum Störstrahler wird. Die konzentrisch zu der den Kern unmittelbar umschließenden Wicklung angeordneten weiteren Wicklungen werden über die Preßkonstruktion vom Kern her und meist auch von der radial gesehen jeweils vorherigen Wicklung zu mechanischen Schwingungen angeregt. Fällt eine der Eigenfrequenzen der Wicklungskörper in die Nähe einer genügend ausgeprägten Erregerfrequenz des Frequenzspektrums der Kernschwingungen oder mit einer solchen zusammen, so treten Resonanzen auf

098 13/0650

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf '

und die Wicklung wird zu einem verstärkten Schallabstrahler.

Ausgehend von diesen technischen Gegebenheiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, wenigstens die Übertragung solcher vom Kern als Störstrahler ausgehenden mechanischen Schwingungen auf die Wicklungen zu unterbinden, welche diese zu Eigenschwingungen anregen können, und die entsprechende Maßnahme mit einem Geringstmaß an konstruktivem und damit auch an Kostenaufwand zu verwirklichen.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die dem jeweiligen Kernschenkel unmittelbar benachbarte Wicklung im Bereich ihrer inneren Zylindermantelfläche von diesem und die konzentrisch zu dieser Wicklung angeordneten weiteren Wicklungen ebenfalls im Bereich ihrer einander im Abstand gegenüberliegenden Zylindermantelflächen voneinander massenmäßig entkoppelt sind und daß die Wicklungen

mittels im Bereich ihrer Stirnseiten angreifender Preßkonstruktionen unter Zwischenschaltung von Federelementen mechanisch gehalten sind, deren Federzahlen so gewählt sind, daß wenigstens die Eigenfrequenz des aus der die geringste Werkstoffdämpfung aufweisenden Wicklung und den zugehörigen Federelementen gebildeten Feder-Massesystems genügend weit unterhalb der magnetostriktiven Grundschwingungsfrequenz liegt,

Dabei hat es sich in der Praxis als günstig und hinreichend erwiesen, das Feder-Massesystem so auszulegen, daß seine Eigenfrequenz kleiner gleich ein Drittel der doppelten Netzfrequenz ist. Solche oder in deren Nähe liegende Eigenfrequenzen lassen sich dabei durch entsprechende Wahl der Spulenmasse und/oder der Federzahl der Federelemente er-

A09813/0650

BAD ORIGINAL

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf

zielen. Eine derartige tiefe Abstimmung (Eigenkreisfrequenz As* klein gegenüber der Erregerkreisfrequenz h ) bringt den weiteren Vorteil mit eich, daß die Wicklungsmasse βchaIldämmend wirkt, wodurch die Geräuschbildung noch weiter vermindert wird.

Die massenmäßige Entkopplung der innersten Wicklung vom Kern sowie eine solche gegenseitige Entkopplung der konzentrisch zueinander liegenden Wicklungen kann dabei dadurch realisiert werden, daß auf das Einbringen mechanischer Bauteile mit Koppelwirkung in die infrage kommenden Zwischenräume verziciitet wird, so daß sich ausschließlich Luft oder ein anderes gasförmiges Medium in den betreffenden Zwischenräumen befindet. In diesem Falle wirkt das gasförmige Medium als Koppelfeder. Mit Rücksicht auf die geringe Federzahl solcher Medien bei Normaldruck kann die auf diesem Wege auf benachbarte Massen übertragene Schallenergie in erster Näherung vernachlässigt werden.

Im Falle fehlender mechanischer Abstütz- und Distanzelemente zwischen dem Kern und der diesem benachbarten Wicklung sowie zwischen den weiteren Wicklungen sind einerseits ein in sich fester Kern und zum andern in sich kurzschlußfeste Wicklungen erforderlich. Einen entsprechend stabilen Kern erhält man dadurch, daß der Kern beispielsweise mit Bandagen aus mechanisch- und wärmefestem Material versehen und den Wicklungen durch entsprechende Vorpressung und Spannmittel bzw. durch Gießharzisolation die notwendige mechanische Festigkeit verliehen wird. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung

409813/0650

Erf.-Nr.: FST ?2/J9 Wf - & ~

können die zwischen der Preßkonstruktion und. den Stirnseiten der Wicklungen vorgesehenen Federelemente entsprechend der Masse der einzelnen Wicklungen unterschiedliche Federzahl besitzen und/oder die Wicklungen durch Zusatzmassen ergänzt werden.

Bei einfach konzentrischen Wicklungsanordnungen hat es sich in den meisten Fällen als hinreichend erwiesen, den Stirnseiten beider Wicklungen jeweils gemeinsame Federelemente zuzuordnen, die so ausgebildet sein können, daß sie in den Zwischenraum zwischen den Wicklungen reichende Ansätze enthalten. Bei ausreichender Schwingungsisolierung zwischen Kern und benachbarte-r Wicklung sowie zwischen den aufeinanderfolgenden Wicklungen genügt es im allgemeinen, lediglich das aus der die geringste Werkstoffdämpfung aufweisenden Wicklung und dem zugehörigen Federelement verkörperte schwingfähige System entsprechend tief abzustimmen.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel in Form eines gießharzisolierten Trockentransformators schematisch veranschaulicht, noch näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht der Schmalseite eines unge-

kapselten Trockentransformators mit gießharζisolierter OberSpannungswicklung teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf den Transformator gemäß Fig. 1, Fig. '} eine perspektivische Teilansicht des

Ankopplungsbereichs mit tür beide .Wicklungen gemeinsamen elastischen Koppelei ementen,

4098 13/0"65(T
BAD ORIGINAL

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf - fr -

Fig. ^i eine Ansicht en ta prechend Fig. 3t

jedoch mit getrennten Koppelelementen je Wicklung.

Wie Fig. 1 zeigt, stützt sich der aus geschichteten Blechen bestehende Kern 1 über ein elastisches Zwischenglied auf einem Ansatz 3 eines Fahrgestells k ab und wird durch Verschraubung seiner unteren Jochpreßte lie 5 ebenfalls unter Zwischenlage elastischer Elemente 6 mit fest am Fahrgestell angebrachten Winke 1 rahmen 7 in seiner Lage "fixiert. Die schwingungsmechanische Entkopplung zwischen Transformator und Fundament kann gegebenenfalls auch durch zwischen den Rädern des Fahrgestells ^t und dem Fundament angebrachte Federelemente erfolgen.

Die Pressung und Fixierung der Kernsclienkel 8 jeweils in dem die konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen 91 Io durchsetzenden axialem Bereich ist beim Ausführungsbeispiel mittels Bandagen 11 in Form von mit Gießharz vorimprägnierten und ausgehärteten Glasbä'ndern vorgenommen; ebensogut eignen sich für diesen Zweck beispielsweise auch Schrumpfbandagen aus Kunststoff oder Glastr.ägermaterialien mit Zusätzen aus Gießharzformstoffen oder in Umfangsrichtung aufgetrennte Stahlbänder. Zur Pressung des oberen Jochs dienen Preßteile 12, die Spannvorrichtungen 13 für die Pressung der Wicklungen 9, Io von der Stirnseite her enthalten. Dabei stellt die dem Kern unmittelbar benachbarte Wicklung 9 die Unterspannungswicklung und die diese konzentrisch umgebende Wicklung Io die Oberspannungswicklung dar, welche in einen Gießharzzylinder \k durch Ein- bzw. Umgießen eingebettet ist, derart, daß eine kompakte Wicklungseinheit vorliegt. Die Wicklung Io ist in diesem Fall diejenige mit der geringsten Werkstoffdämpfung.

40981 3/0650

BAD ORIGINAL

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf . -

Der Zwischenraum 15 zwischen dem Kernschenkel 8 und der Unterspannungswicklung 9 sowie der Zwischenraum l6 zwischen der äußeren Zylinderinantelf lache dieser Wicklung und der inneren Zylindermantelfläche 17 des die Oberspannungewicklung Io enthaltenden Gießharzzylinders ΐΛ sind völlig frei von mechanischen Stütz- und Diatanzelementen und enthalten ausschließlich Luft. Die akustische Kopplung Kern 8 - Wicklung 9 sowie Wicklung 9 G-ießharzzylinder 14 erfolgt somit ausschließlich über Luft und ist 'daher im Vergleich zur direkten Körperschallübertragung im Falle der Verwendung von Stütz- und Distanzelementen, die meist schallhart sind, weit weniger störend. Um insbesondere auch den kritischen Schallweg vom Kern hetfüber die unteren und oberen Jochpreßteile 5t 12 zu den Wicklungen 9» Io zu unterbinden, sind zwischen den an den oberen Jöchpreßteilen 12 angebrachten Spannvorrichtungen 13 und den Stirnseiten 18 und 19 der Wicklungen Federelemente 2o angeordnet, gegebenenfalls in Kombination mit Preßklötzen 21 aus geeignetem Material. Entsprechende Federelemente sind auch zwischen den unteren Stirnseiten 22, 23 der Wicklungen 9, Io und dem als Auflager dienenden Schenkel 2k des unteren Jochpreßteils 5 vorgesehen. Das aus der Spulenmasse und den Federelementen bestehende Feder-Massensystem entspricht einem Schwinger mit Fußpunkterregung. Die Eigenfrequenz k) ο dieses Systems wird nun so gewählt, daß die Forderung A/_ff ^L A)//^ erfüllt ist, ( 4) α Störkreisfrequenz).

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt die Jochpressung mittels Bolzen 25. Der Anschluß der Oberspannungswicklung ist mit 26 und derjenige der Unterspannungswicklung mit 27 bezeichnet. (Fig.l)

4 O 9 8 1 3 / O G 5 O

bad Original

_? 7246235

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wt' -

Wie der Darstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, wirken die oberen Jochpreßbalken 12 unmittelbar auf die Preßklötze 21 ein, denen Federelemente 2o nachgeordnet sind, die sich auf den Stirnseiten l8, 19 der Unter- und Oberspannungswicklung 9» Io abstützen und in den Zwischenraum zwischen den Wicklungen eingreifende Ansätze 28 enthalten. Die Federelemente 2o bestehen aus einem gutnmielastischen Werkstoff geringer Dämpfung und gegebenenfalls zusätzlichen, die Fortnhaltigkeit positiv beeinflussenden Versteifungen. Beiden Wicklungen, also sowohl der Unterspannungs- wie der Oberspannungswicklung 91 Io sind in diesem Beispiel jeweils gemeinsame Feder elemente 2o zugeordnet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Federelemente 2o sowohl eine Schwingungeisolierung der beiden Wicklungen 9t 1° gegenüber der Preßkonstruktion und damit gegenüber dem Kern bewirken als auch zugleich die Unterspannungswicklung von der Oberspannungewicklung bzw. umgekehrt schwingungsmäßig isolieren. Dabei erfüllen die gummielastischen Federelemente gleichzeitig noch eine Ausgleichsfunktion, insofern, al· sie unvermeidbare Höhenunterschiede der einzelnen Wicklungsetirnseiten ohne weiteres ausgleichen.

Im Falle der Figur k sind der Stirnseite jeder Wicklung voneinander unabhängige Federelemente 29, 3o zugeordnet. Eine solche Maßnahme ist dann günstig, wenn die Wicklungsmassen zu sehr voneinander abweichen und aus Abstimmgründen dementsprechend Federelemente mit voneinander verschiedenen, Federzahlen erforderlich sind. Unter Umständen kann es sich auch als notwendig erweisen, in den Kanälen zwischen Kern und Unterspannungswicklung sowie zwischen dieser und der

£0981 3/0650

Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf ·

Oberspannungswicklung (Zwischenräume 15 u. 16 in Fig. l) schalldämpfende oder scha11dämmende Stoffe einzufügen.

- Patentansprüche -

409813/0650

Claims (11)

1. TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7ooo Stuttgart-5o, Deckers trade 5

   Erf.-Nr.: FST 72/39 Wf Stuttgart, den 8.9.72

   PT-FST/Dr. Wolf/ei

   Patentansprüche

   Trockentransformator mit aus Blechen geschichtetem Eisenkern und mit ein- oder mehrfach konzentrisch angeordneten, den jeweiligen Kernachenkel umschließenden Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kernschenkel (8) unmittelbar benachbarte Wicklung (9) im Bereich ihrer inneren Zylinderfläche von diesem und die konzentrisch zu dieser Wicklung angeordneten weiteren Wicklungen (lo) ebenfalls im Bereich ihrer einander im Abstand gegenüberliegenden Zylinderflächen voneinander massenmäßig entkoppelt sind und daß die Wicklungen (9»lo) mittels im Bereich ihrer Stirnseiten (18,19,22,23) angreifender Preßkonstruktionen (12,13) unter Zwischenschaltung von Federelementen (2o,29,3o) mechanisch verspannt sind, deren Federzahlen so gewählt sind, daß wenigstens die Eigenfrequenz des aus der die geringste Werkstoffdämpfung aufweisenden Wicklung und den zugehörigen Federelementen gebildeten Feder-Massesystems genügend weit unterhalb der magnetostriktiven Grundschwingungafrequenz liegt.

   409813/0650

   7246235 M

   Erf.-Nr.: FST 72/39 ^Γ ~
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz de« von der äußersten Wicklung (lo) und den Federelementen (2o,'3o) gebildeten Feder-Maesesysterns «St ein Drittel der doppelten Netzfrequenz ist.
3. 3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der durch sämtliche Wicklungen (9tlo) verkörperten Masse und den zugehörigen Federelementen gebildeten Feder-Massesystems ^ ein Drittel der doppelten Netzfrequenz ist.
4. k. Transformator nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung (9,lo) über separate Federelemente (29,3o) an die Preßkonstruktion angekoppelt ist.
5. 5· Transformator nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Wicklungen zugeordneten Federelemente voneinander verschiedene Federzahlen besitzen.
6. 6. Transformator nach den Ansprüchen 1-3t dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wicklungen über ihnen gemeinsam zugeordnete Federelemente (2o) an die Preßkonstruktion angekoppelt sind.
7. 7· Transformator nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekenn- · zeichnet, daß die Federelemente aus einem Werkstoff hoher Elastizität und geringer Werkstoffdämpfung bestehen.

   409813/065 0
   BAU ORIGINAL

   _# 7246235

   Erf.-Nr. : FST 72/39 Wf
8. 8. Transformator nach den Ansprüchen 1-3 und ^-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente mit in die Zwischenräume (l6) zwischen den Wicklungen (9|lo) passenden Ansätzen (28) versehen sind.
9. 9· Transformator nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die verschiedenen Wicklungen und den diesen zugeordneten Federelementen gebildeten Feder-Massesyeteme im Bereich ^i < ™Jjt^ auf voneinander abweichende Eigenkreisfrequenzen abgestimmt sind.
10. 10. Transformator nach den Ansprüchen 1-91 gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Wicklungen, daß sie zur Aufnahme von Zusatzmassen geeignet sind.
11. 11. Transformator nach den Ansprüchen l-lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mittels Bandagen (11) mechanisch verspannt ist.

    0 9 8 1 i / Π 6 5 0

    ι Λ .

    Le e rs e ι te