DE2246235B2 - Trockentransformator - Google Patents

Description

auf voneinander abweichende Eigenkreisfrequenzen abgestimmt sind.

h^r) 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 zueinanderliegsnden 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 Frequenz 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 eingegossen sind, da die schwingungsdämpfende Wirkung derartiger Zylinderschalen im allgemeinen verhältnismäßig gering ist und demgemäß schon geringe Erregerkräfte ausreichen, 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 Schenkelbleche 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 dem Kern und der diesem unmittelbar benachbarten Wicklung ist gleichbedeutend mit einer schwingungstechnisch 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 und die Wicklung wird zu einem verstärkten Schallabstrahler.

Durch die DE-OS 15 38 024 ist. eine Wicklungspreßvorrichtung für Trockentransformatoren bekannt, bei der im Kunststoff eingebettete Wicklungen unter Zwischenschaltung eines federnden Gliedes eingespannt sind. Dabei dient der Federweg zur Aufnahme von thermisch bedingten Längenänderungen und unterschiedlichen Längentoleranzen der Wicklungen.

Darüber hinaus ist es durch das DE-GM 17 86 863 bekannt zur Verminderung von Geräuschübertragungen die Kühlelemente massemäßig vom Transformatorkessel zu entkoppeln.

Ausgehend von diesem Stand der Technik 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 *n konstruktivem und damit auch an Kostenaufwand zu verwirklichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die resultierende Federzahl aller Federelemente pro Wicklung so gewählt ist, daß zumindest für die Wicklung mit der kleinsten Werkstoffdämpfung die Eigenfrequenz des aus der jeweiligen Wicklung und den zugehörigen Federelementen gebildeten Feder-Masse-Systems genügend weit unterhalb der magnetostriktiven Grundschwingungsfrequenz ( = doppelte Netzfrequenz) liegt, während die Eigenfrequenz der anderen Feder-Masse-Systeme von der magnetostriktiven Grundschwingungsfrequenz abweicht

Dabei hat es sich in der Praxis als günstig und hinreichend erwiesen, das Feder-Masse-System so auszulegen, daß seine Eigenfrequenz kleiner gleich einem Drittel der doppelten Netzfrequenz ist. Solche oder in deren Nähe liegende Eigenfrequenzen lassen sich dabei durch entsprechende Wahl der Wicklungsmasse und/oder der Federzahl der Federelemente erzielen. Eine derartige Abstimmung (Eigenkreisfrequenz ω₀ klein gegenüber der Erregerkreisfrequenz ω) bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die Wicklungsmasse schalldämmend wirkt, wodurch die Geräuschbildung noch weiter vermindert wird.

Die massenmäßige Entkopplung der innersten Wicklung vom Kern sowie eine solche gegenseitige Entkopplung der konzentrisch zueinanderliegenden Wicklungen kann dabei dadurch realisiert werden, daß auf das Einbringen mechanischer Bauteile mit Koppelwirkung in die in Frage kommenden Zwischenräume ver7^:chtet 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 anderen 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 können die zwischen der Preßkonstruktion und den Stirnseiten der Wicklungen vorgesehenen Federelemente entsprechend der Masse der einzelnen Wicklungen unterschiedliche Federzahlen haben und/oder die Wicklunger durch Zusatzmassen ergänzt werden.

Bei einfa :h 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 benachbarter Wicklung sowie zwischen den aufeinanderfolgenden Wicklungen genügt es im allgemeinen, lediglich das aus der die geringste Werkstoffdämpfung aufweisenden Wicklung und dem zugehörigen Federelement zusammengesetzte schwingfähige System entsprechend tief abzustimmen.
Die Erfindung wird im Nachstehenden an Hand der

lu Zeichnung, die Ausführungsbeispiele von gießharcisolierten Trockentransformatoren schematisch veranschaulicht, noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht der Schmalseite eines ungekapselten Trockentransformators mit gießharzisolierter

ι ^r> Oberspannungswicklung teilweise im Schnitt,

Fig.2 eine Teildraufsicht auf den Transformator gemäß F ig. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht des Ankopplungsbereichs mit für beide Wicklungen gemeinsamen elastischen Koppelelementen,

F i g. 4 eine Ansicht entsprechend F i g. 3, jedoch mit getrennten Koppeleiementen je Wicklung.

Wie F i g. 1 zeigt, stützt sich der aus geschichteten Blechen bestehende Eisenkern 1 über ein elastisches

2^r> Zwischenglied 2 auf einem Ansatz 3 eines Fahrgestells 4 ab und wird durch Verschraubung seiner unteren Jochpreßteile 5 ebenfalls unter Zwischenlage elastischer Elemente 6 mit fest am Fahrgestell angebrachten Winkelrahmen 7 in seiner Lage fixiert. Die schwin-

iii gungsmechanische Entkopplung zwischen Transformator und Fundament kann gegebenenfalls auch durch zwischen den Rädern des Fahrgestells 4 und dem Fundament angebrachten Federelementen erfolgen.
Die Pressung und Fixierung der Kernschenkel 8 jeweils in dem die konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen 9,10 durchsetzenden axialen Bereich ist beim Ausführungsbeispiel mittels Band? -^n 11 in Form von mit Gießharz vorimprägnierten und ausgehärteten Glasfaserbändern vorgenommen; ebensogut eignen

M) sich für diesen Zweck beispielsweise auch Schrumpfbandagen aus Kunststoff oder Glasträgermaterialien mit Zusätzen aus Gießharzformstoffen oder in Umfangsrichtung aufgetrennte Stahlbänder.
Zur Pressung des oberen Jochs dienen Jochpreßbal-

4^r> ken 12, die Spannvorrichtungen 13 für die Pressung der Wicklungen 9,10 von der Stirnseite her enthalten. Dabei stellt die dem Kern unmittelbar benachbarte Wicklung 9 die Unterspannungswicklung und die diese konzentrisch umgebende Wicklung 10 die Oberspannungswicklung

")ii dar, welche in einen Gießharzzylinder 14 durch Einbzw. Umgießen eingebettet ist derart, daß eine kompakte Wicklungseinheit vorliegt. Die Wicklung 10 ist in diesem Fall diejenige mit der geringsten Werkstoffdämpfung.

ν-) Der Zwischenraum 15 zwischen dem Kernschenkel 8 und der Unterspannungswicklung 9 sowie der Zwischenraum 16 zwischen der äußeren Zylindermantelfläche dieser Wicklung und der inneren Zylindermantelfläche 17 des die Oberspannungswicklung 10 enthaltenden

«ι Gießharzzylinders 14 sind völlig frei von mechanischen Stütz- und Distanzelementen und enthalten ausschließlich Luft. Die akustische Kopplung Kern 8 — Wicklung 9 sowie Wicklung 9 — Gießharzzylinder 14 erfolgt somit ausschließlich über Luft und ist daher im

h) 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 her über die unteren und oberen Jochpreßteile 5, 12 zu den Wicklungen 9, 10 zu unterbinden, sind zwischen den an den oberen Jochpreßbalken 12 angebrachten Spannvorrichtungen 13 und den Stirnseiten 18 und 19 der Wicklungen 9, 10 Federelemente 20 angeordnet, gegebenenfalls in Kombination mit Preßklötzen 21 aus geeignetem Material. Entsprechende Federelemente sind auch zwischen den unteren Stirnseiten 22, 23 der Wicklung 9, 10 und dem als Auflager dienenden Schenkel 24 des unteren Jochpreßteils 5 vorgesehen. Das aus der Wicklungsmasse und den Federelementen bestehende Feder-Massen-System entspricht einem Schwinger mit Fußpunkterregung. Die Eigenfrequenz «o dieses Systems wird nun so gewählt, daß die Forderung

'"° * Jf

erfüllt ist (ω = Störkreisfrequenz = magnetostriktive Grundschwingungsfrequenz = doppelte Netzfrequenz).

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, erfolgt die Jochpressung mittels Bolzen 25. Der Anschluß der Oberspannungswicklung ist mit 26 und derjenige der Unterspannungswicklung mit 27 bezeichnet (F i g. 1).

Wie der Darstellung gemäß F i g. 3 zu entnehmen ist, wirken die oberen Jochpreßbalken 12 unmittelbar auf die Preßklötze 21 ein, denen Federelemente 20 nachgeordnet sind, die sich auf den Stirnseiten 18,19 der Wicklungen 9, 10 abstützen und in den Zwischenraum 16 zwischen den Wicklungen 9 und 10 eingreifende Ansätze 28 enthalten. Die Federelemente 20 besteher aus einem gummielastischen Werkstoff geringer Dämpfung und gegebenenfalls zusätzlichen, die Formhaltig-ι keit positiv beeinflussenden Versteifungen. Beider Wicklungen 9 und 10 sind in diesem Beispiel jeweils gemeinsame Federelemente 20 zugeordnet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Federelemente 20 sowoh eine Schwingungsisolierung der beiden Wicklungen 9

in 10 gegenüber dem Jochpreßbalken 12 und damii gegenüber dem Eisenkern 1 bewirken als auch zugleich die Wicklung 9 von der Wicklung 10 bzw. umgekehn schwingungsmäßig isolieren. Dabei erfüllen die gummielastischen Federelemente 20 gleichzeitig noch eine

i:> Ausgleichsfunktion, insofern, als sie unvermeidbare Höhenunterschiede der einzelnen Wicklungsstirnseiter ohne weiteres ausgleichen.

Im Falle der F i g. 4 sind der Stirnseite jeder Wicklung 9 und 10 voneinander unabhängige Federelemente 29 30 zugeordnet. Eine solche Maßnahme ist dann günstig wenn die Wicklungsmassen zu sehr voneinandei abweichen und aus Abstimmgründen dementsprechenc Federelemente 29, 30 mit voneinander verschiedener Federzahlen erforderlich sind.

Unter Umständen kann es sich auch als notwendig erweisen, in den Kanälen zwischen Kern und Unter Spannungswicklung sowie zwischen dieser und dei Oberspannungswicklung (Zwischenräume 15 und 16 it Fig. 1) schalldämpfende oder schalldämmende Stoff« einzufügen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Trockentransformator mit aus Blechen geschichtetem Eisenkern und mit ein- oder mehrfach koaxial angeordneten, den jeweiligen Kernschenkel umschließenden Wicklungen, die in den Bereichen ihrer inneren Zylinderflächen und dem Ktern sowie in den koaxialen ringförmigen Zwischenräumen voneinander massemäßig entkoppelt sind und die ausschließlich mittels im Bereich ihrer Stirnseiten angreifender Preßkonstruktionen unter Zwischenschaltung von Federelementen gehaltert und mechanisch verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Federzahl aller Federelemente (20,29,30) pro Wicklung (9,10) so gewählt ist, daß zumindest für die Wicklung (10) mit der kleinsten Werkstoffdämpfung die Eigenfrequenz des aus der jeweiligen Wicklung (9, 10) und den zugehörigen Federelementen (20,29,30) gebildeten Feder-Masse-Systems genügend weit unterhalb der magnetostriktiven Grundschwingungsfrequenz (= doppelte Netzfrequenz) liegt, während die Eigenfrequenz der anderen Feder-Masse-Systeme von der magnetostriktiven Grundschwingungsfrequenz abweicht.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des von der äußersten Wicklung (10) mit der kleinsten Werkstoffdämpfung und den Federelementen (20, 30) in gebildeten Feder-Masse-Systems ύ ein Drittel der doppelten Netzfrequenz ist.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der durch sämtliche Wicklungen (9, 10) verkörperten Masse und den zugehörigen Federelementen gebildeten Feder-Masse-Systems £ ein Drittel der doppelten Netzfrequenz ist.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung (9,10) über separate Federelemente (29, 30) an die Preßkonstruktion angekoppelt ist.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wicklungen über ihnen gemeinsam zugeordnete v-, Federelemente (20) an die Preßkonstruktion angekoppelt sind (F i g. 1 und 3).

6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus einem Werkstoff hoher Elastizität und geringer w Werkstoffdämpfung bestehen.

7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente mit in die Zwischenräume (16) zwischen den Wicklungen (9, 10) passenden Ansätzen (28) versehen sind.

8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die verschiedenen Wicklungen und den diesen zugeordneten Federelementen gebildeten Feder-Masse-Sy- ω sterne im Bereich