DE4021860A1 - Schaltungsanordnung zur minderung eines geraeusches bei einem transformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Ver­ fahren zur Geräuschminderung bei einem Transformator.

Beim Betrieb eines Stromrichters muß, bedingt durch die Steue­ rung der Halbleiter mit einem dem Betriebsstrom überlagerten Gleichstromanteil, insbesondere einem Restgleichstrom, gerechnet werden. Ist der Stromrichter an einen Transformator angeschlos­ sen, so führt der Gleichstromanteil im Transformator zu einem Anstieg der Kerninduktion, die wiederum eine erhöhte Geräusch­ bildung am Transformator zur Folge hat. Die Geräuschbildung tritt insbesondere dann auf, wenn der Kern in die Sättigung geht.

Bisher wurden derartige Geräusche an Transformatoren durch bau­ liche Maßnahmen, beispielsweise durch Schallabschirmwände oder Schalldämmgebäude vermindert. Hierzu ist es auch aus der DE-PS 24 34 003 bekannt, den Blechkessel eines Öltransformators mit einer Geräuschdämpfung zu versehen. Hiermit ist jedoch eine Ver­ größerung der Baugröße des Transformators, sowie eine Erhöhung seines Gewichtes verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur technisch einfacheren Minderung eines Geräusches bei einem Transformator anzugeben.

Die Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 bzw. einen Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

Auf diese Weise ist es möglich, das Geräusch mit einfachen Mit­ teln bereits in seiner Entstehungsursache, nämlich in der magne­ tischen Wirkung des Gleichstromes, zu bedämpfen. Der Gleichstrom­ erzeuger kann dabei als Halbleiter, insbesondere als Gleichrich­ ter, oder als Batterie ausgebildet sein, wobei der Strom in seiner magnetischen Wirkung derart gerichtet ist, daß er dem Fluß des Gleichstromanteils entgegenwirkt.

Es ist günstig, wenn der Strompfad des Gleichstromerzeugers ein Stellglied zum Einstellen des Stromes aufweist. So kann der Strom an verschieden große Gleichstromanteile angepaßt werden.

Vorzugsweise kann am Stellglied ein Steuergerät mit einem Meß­ fühler zur Aufnahme einer dem Geräusch des Transformators pro­ portionalen Meßgröße angeschlossen sein, wobei vom Steuergerät dem Stellglied ein Steuersignal im Sinne der Einstellung des Stromes zugeführt wird. Eine derartige Schaltungsanordnung er­ laubt durch eine Anpassung des Stromes eine Minimierung des vom Transformator abgegebenen Geräusches. Dies ist insbesondere beim Einschalten eines Transformators wichtig, da zunächst ein er­ höhter Gleichstromanteil vorhanden ist, der im Verlauf der Zeit abnimmt, so daß der kompensierende Strom angepaßt werden kann.

Es ist weiterhin günstig, wenn die Schaltungsanordnung ein Bandfilter für Frequenzen, die ein Vielfaches der der Betriebs­ frequenz des Transformators, beispielsweise von 50 oder 60 Hz betragen, umfaßt. Dadurch ist eine frequenzbezogene Kompensation des Geräusches möglich.

Das Bandfilter kann dem Steuergerät und/oder dem Meßfühler zu­ geordnet sein, wobei das Steuersignal frequenzabhängig ist. Auf diese Weise ist eine elektronische oder rechnergestützte Realisierung des Bandfilters möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit Vorteil auch bei bereits bestehenden Transformatoren anwendbar, da nur eine wenige Win­ dungen enthaltende Wicklung nachträglich auf dem Transformator aufgebracht zu werden braucht. Die Baugröße des Transformators, sowie seine sicherheitstechnischen Einrichtungen werden nicht beeinflußt.

Es ist auch günstig, wenn der Strom im Strompfad in Abhängig­ keit vom Geräusch des Transformators gesteuert wird. Auf diese Weise wird eine unnötige Beaufschlagung des Transformators mit Gleichstrom vermieden. Der Strom wird den gegebenen Verhältnis­ sen automatisch angepaßt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung bei einem Transformator, Fig. 2 bis 5 weitere Ausführungsbeispiele der Schaltungsan­ ordnung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung la zur Minderung eines Ge­ räusches bei einem Transformator 2. Der Transformator 2 weist eine erste Wicklung 3 auf, die mit einer Last 4 und einem Strom­ richter 6 einen Stromkreis bildet. An eine zweite Wicklung 5 des Transformators 2 ist eine Stromquelle 7 angeschlossen. Der Strom­ richter 6 steuert den Laststrom I_L, durch die Last 4.

Der Stromrichter 6 arbeitet in vorliegende Ausführungsbeispiel als Gleichrichter. Er kann dabei als Brückengleichrichter ausge­ bildet sein. Durch die Steuerung des Stromrichters 6 oder durch unsymmetrische Halbleiter im Stromricher 6 ist dem Betriebsstrom I_B am Eingang des Stromrichters 6 eine Gleichstromkomponente in Form eines Gleichstromanteils I_G überlagert. Die dadurch im Kern 8 verursachte Kerninduktion führt zu einer Erhöhung des vom Transformator 2 verursachten Geräusches. Um dieses Geräusch zu vermindern ist bei der Schaltungsanordnung 1 auf dem Kern 8 des Transformators 2 eine zusätzliche Wicklung 9 angeordnet, die mit einem Halbleiter 10 einen Strompfad 11 bildet. Der Halbleiter 10 dient dabei als Gleichstromerzeuger. Der Halbleiter 10 kann als Ventil, vorzugsweise als Thyristor oder Leistungstransistor (GTO), ausgebildet sein. Der Wicklungssinn der Wicklung 9 und die Stromflußrichtung des Halbleiters 10 sind derart vorgegeben, daß der im Strompfad 11 resultierende Strom I_H in seiner magne­ tischen Wirkung der des Gleichstromanteils I_G entgegenwirkt. Auf diese einfache Weise ist es möglich, die durch den Gleichstrom I_G erhöhte Kerninduktion und die damit verbundene Geräuschent­ wicklung durch den Strom I_H zu kompensieren. Für die Wicklung 9 genügen gegebenenfalls nur wenige Windungen, die auch bei einem bereits gelieferten und in Betrieb befindlichen Transformator nachträglich aufgebracht werden können. Da der Stromkreis 11 potentialfrei aufgebaut werden kann, bestehen daher auch keine Isolationsprobleme.

In den weiteren Fig. 2 bis 5 ist der Einfachheit halber je­ weils nur noch die Schaltungsanordnung 1b-1e mit der dazugehöri­ gen Wicklung 9 des Transformators 2 gezeigt. Die übrigen Details der Fig. 1 gelten für die Fig. 2 bis 5 sinngemäß. Die Verschal­ tung zwischen dem Stromrichter 6 und dem Transformator 2 kann dabei stark variieren. Wesentlich ist, daß der Transformator 2 mit einem störenden Gleichstrom I_G beaufschlagt ist.

Fig. 2 zeigt einen Strompfad 11, in den zusätzlich zum Halbleiter 10 ein Stellglied 12 zum Einstellen des Stromes I_H geschaltet ist. Dadurch ist eine Einstellung des Stromes I_H auf einen vor­ gegebenen Wert im Sinne der optimalen Geräuschkompensation mög­ lich. Im einfachsten Fall kann das Stellglied 12 als einstell­ barer Widerstand ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung 1c, bei der das Stellglied 12 und der Halbleiter 10 zu einer Baueinheit vereinigt sind. Am Stellglied 12 ist zusätzlich ein Einsteller 13 angeordnet. Eine derartige Ausführung ist zweckmäßig, wenn als Halbleiter 10 ein steuerbarer Halbleiter, beispielsweise ein Leistungstransistor, vorgesehen ist, der mittels einer Elektronik im Stellglied 12 gesteuert wird.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung 1d, bei der anstelle eines Einstellers ein Steuergerät 14 vorgesehen ist, das dem Stell­ glied 12 ein Steuersignal zuführt. Das Steuergerät 14 ist dabei eingangsseitig mit einem Meßfühler 15 zur Aufnahme einer dem Geräusch des Transformators 2 proportionalen Meßgröße verbunden. Der Meßfühler 15 kannn beispielsweise als Mikrophon, insbeson­ dere als Körperschallmikrophon, ausgebildet sein, das am Trans­ formator 2 angeordnet ist. Mittels dieser Schaltungsanordnung ld ist es möglich derart zu verfahren, daß in Abhängigkeit vom Ge­ räusch des Transformators 2 der Strom I_H im Stromkreis 11 ge­ steuert wird. Das Steuergerät 15 kann in elektronischer Bauweise oder in Rechnerbauweise ausgeführt sein. Beide Bauweisen erlau­ ben dabei, daß dem Steuergerät 14 ein Bandfilter 16 zugeordnet werden kann. Das Bandfilter 16 sollte vorzugsweise für Frequen­ zen, die ein Vielfaches der Betriebsfrequenz des Transformators 2 betragen, insbesondere von 50 oder 60 Hz, ausgelegt sein. Auf diese Weise ist eine Berücksichtigung von geräuschtypischen Frequenzen für die Kompensation möglich. Dabei werden vorzugs­ weise die ungeradzahligen Vielfachen berücksichtigt.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung 1e nach Fig. 3, bei der zu­ sätzlich im Strompfad 11 eine Gleichstromquelle 17 geschaltet ist. Wahlweise kann auch eine Drossel 18 in Reihe eingeführt sein. Diese Schaltungsanordnung 1e erlaubt die Bildung eines Stromes I_H, ohne daß in der Wicklung 9 eine Spannung vom Trans­ formator 2 induziert ist. Diese Weiterbildung der Schaltungsan­ ordnung mit Gleichstromquelle ist im übrigen auch in Kombination mit den Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2 und 4 anwendbar.

Die Anwendung der vorgeschlagenen Lösungen beschränkt sich keinesfalls auf Transformatorschaltungen, welche sekundärseitig mit einem Gleichrichter verbunden sind, sondern gilt vielmehr für alle möglichen Transformatorschaltungen, bei dem der Trans­ formator mit einem Gleichstrom beaufschlagt ist. Dies betrifft insbesondere Anordnungen mit Wechselrichter und/oder Gleich­ richter.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung (1a-1e) zur Minderung eines Geräusches bei einem Transformator (2), dessen Betriebsstrom (IB) einen Gleichstromanteil (I_G) aufweist, bei der der Transformator (2) eine zusätzliche Wicklung (9) mit einem Gleichstromerzeuger (10; 10, 12; 10, 12, 13; 12, 14, 16; 17) umfaßt, dessen Strom (I_H) dem Gleichstromanteil (I_G) des Betriebsstromes (I_B) entgegengerich­ tet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Gleichstrom erzeuger (10; 10, 12; 10, 12, 13; 12, 14, 16; 17) eine vorgebbare Zahl von Halbleitern (10) umfaßt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Gleichstromerzeuger (10; 10, 12; 10, 12, 13; 12, 14, 16; 17) eine vorgeb­ bare Zahl von Gleichstromquellen (17), insbesondere Batterien umfaßt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Strompfad (11) des Gleichstromerzeugers (10; 10, 12; 10, 12, 13, 14, 16; 17) ein Stellglied (12) zum Einstellen des Stromes (I_H) umfaßt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der am Stellglied (12) ein Steuergerät (14) mit einem Meßfühler (15) zur Aufnahme einer dem Geräusch des Transformators (2) proportionalen Meß­ größe angeschlossen ist, und das Steuergerät (14) dem Stellglied (12) ein Steuersignal im Sinne der Einstellung des Stromes (I_H) zuführt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der zumindest dem Meßfühler (15) und dem Steuergerät (14) ein Bandfilter (16), vorzugsweise für Frequenzen, die ein Vielfaches der Betriebsfre­ quenz des Transformators (2) betragen, zugeordnet ist.

7. Verfahren zur Minderung eines Geräusches bei einem Transfor­ mator (2), dessen Betriebsstrom (I_B) einen Gleichstromanteil (I_G) aufweist, mit den folgenden Schritten:

• - Am Transformator (2) wird eine zusätzliche Wicklung (9) ange­ ordnet,
• - die Wicklung (9) wird mit einem Gleichstromerzeuger (10; 10, 12; 10, 12, 13; 12, 14, 16; 17) zu einem Strompfad (11) verbunden, der von einem Strom (I_H) durchflossen ist,
• - der Strom (I_H) wird dem Gleichstromanteil (I_G) entgegenge­ richtet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Strom (I_H) in Abhängig­ keit von einer dem Geräusch des Transformators (2) proportionalen Meßgröße gesteuert ist.