SE441793B - Transformatorkerna - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 8105496-7 av järnkärnan, och i synnerhet i de vid mittbenet befintliga okpartierna ”där maximal järntemperatur vanligtvis uppträder,varfëren tvärsnittsupp- delning som endast omfattar benen är meningslös sett enbart ur kylninge- synpunkt.

En transformatorkärna, hos vilken endast benen innehåller ett flertal paral- lella lamellskikt med ett flertal, i tvärriktningen bredvid varandra an- _ordnade plåtlameller per lamellskikt, är beskriven i US P-S 2920296. Syftet med flPDdelningen är tydligtvis att åstadkomma en vertikal spalt och där- _igenom kunna anordna ett stort antal horisontellt genom benet förlöpande bultar utan att benets lameller förses med stansade hål för dessa._Bultarnas uppgift är att sammanpressa benets lameller med extremt tryck. Man anser - att störande, av magnetostriktiv verkan förorsakad ljudalstran därigenom *skall kunna reduceras. Svängningsmässigt uppträder naturligtvis ett dylikt ben på samma sätt som ett odelat ben.

Föreliggande uppfinning är baserad på undersökningar beträffande de ljud- alstrande mekaniska svängningarna som gör sig gällande i en transformator- kärna när denna genomflytes av ett växelflöde.

Då kärnan magnetiseras förlängs kärnplåtarna av magnetostriktionen. Magnete- striktionen beror icke-linjärt av det magnetiska flödets absolutbelopp. Där- för kommer kärnplåtarna att förlängas och förkortas med frekvensen 2 ggr flödets frekvens, men även Ä ggr, 6 ggr, 8 ggr flödets frekvens osv. Den magnetostriktiva vibrationen 1 kärnplâtarna innehåller alltså enbart frek- venser som är Jämna multipler av det magnetiska flödets frekvens, därmed 'kommer också vibrationerna i kärnan och ljudet från kärnan att bestå enbart av motsvarande diskreta toner.

Förlängningen av kärnplåtarna på grund av magnetostriktionen medför att hela kärnramen utvidgar sig i ett centralplan genom benens och okens centrum- linjer och i plan parallella med detta. Böjligheten och massan hos kärn- ramen gör då att böjsvängningar uppstår i dessa plan med samma harmoniska frekvenser som den magnetostriktiva vibrationen innehåller. Eftersom kärnan magnetiseras trefasigt ligger emellertid de magnetiska flödena i de tre benen inte i fas med varandra, vilket medför att även osymmetriska böjsvängningar uppträder i kärnan.

Eftersom kärnan är en linjärt elastisk struktur med fördelad massa har den ett oändligt antal möjliga resonanta svängningsformer. På grund av det sätt 10 15 20 25 30 8105496-7 som vibrationen uppstår på är det dock huvudsakligen två resonanssvängnings- former som kan uppstå i stora krafttransformatorkärnor. Detta är de former som visas i figll respektive fig 5. Resonansfrekvenserna hos dessa två former bestäms av vikt per längdenehet och yttröghetsmoment för böjning i ovannämnda centralplan hos ben respektive ok samt av benlängd respektive oklängd.

Vid betraktande av ett stort antal, enligt moderna konstruktionsprinciper utformade krafttransformatorer har man kunnat konstatera att samtliga transformatorer som är utförda med ungefär samma benlängd också uppvisar stor inbördes likhet beträffande de övriga, för ovannämnda resonansfrekvenser bestämmande dimensioner. Beräkningar visade att risk för resonans enligt fig 4 och Smedden magnetostriktiva vibrationens grundton icke föreligger hos transformatorer i effektområdet 20-500 MVA, medan däremot stor risk finns i detta område för dylik resonans med den magnetostriktiva vibrationens andra ton om benlängden vid 50 Hz ligger i området 1,8-2,3 m och vid 60 Hz i området 1,5-2,0 m.

Kärnresonans medför i allmänthet kraftigt ökade vibrationer 1 kärnan och förhöjd ljudnivå. Som en motâtgärd kan man avvika från konventionella dimen- sioneringsregler och dimensionera kärnan på sådant sätt att dess egenfrek- venser flyttas bort från kärnans vibrationsfrekvenser.:Detta innebär emeller- tid extra kostnader eftersom man inte kan använda de kärndimensioner som är optimala ur kostnadssynpunkt.

Det är troligt att man i vissa fall kan undvika kärnresonans utan att ändra längd.ochtvärsn1ttsarea hos ben och ok, nämligen genom att konstruera trans- formatorkärnan som visas i någon av ovannämnda publikationer. Även en dylik lösning skulle emellertid vara mycket otillfredsställande ur kostnadssynpunkt eftersom en delning av oken medför betydande komplikationer, i synnerhet beträffande den magnetiska förbindelsen mellan ok och mittben.

Den uppgift som man avser att lösa genom uppfinningen är att utföra en trans- formatorkärna av den inledningsvis beskrivna typen på sådant sätt att man utan väsentlig komplioering av tillverkningen uppnår säkerhet mot höjd ljud- nivå genom en sådan förflyttning av transformatorkärnans resonansfrekvenser, att dessa inte sammanfaller med frekvensen hos någon stark harmonisk kompo- nent hos den magnetostriktiva vibrationen i kärnan. 8105496-7 10 15 20 25 30 Undersökningar i samband med det utvecklingsarbete som har lett till en transformatorkärna enligt uppfinningen har visat, att man vid en trans- formatorkärna av den inledningsvis preciserade kategorin uppnår full säker- het mot kärnresonans genom att endast utföra de båda ytterbenen med delat tvärsnitt, medan de båda oken utförs med odelade tvärsnitt.

Vad som kännetecknar uppfinningen framgår av nedanstående patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvisning till bifogade schematiska ritningar, varvid fig 1 visar en tranformatorkärna enligt upp- finningen i vertikalsnitt genom transformatorbenens centrumlinjer, medan fig 2 och 3 visar snitt längs IIA-IIA respektive IIIA-IIIA på fig 1. Det på fig 2 visade snittet är kongruent med ett snitt längs IIB-IIB på fig 1, och det på fig 3 visade snittet är kongruent med ett snitt längs IIIB-IIIB samt med ett snitt längs IIIC-IIIC. Eig H och 5 visar två olika svängninga- former som kan uppträda hos en transformatorkärna av den inledningsvis be- skrivna typen, vid s k kärnresonans. De helt uppdragna linjerna motsvarar okens och benens mittlinjer i svängningsfritt tillstånd. De streckade lin- jerna-visar deformationen vid fullt utslag åt det ena hållet, medan streck- prick-linjerna visar tillståndet en halv period senare.

.På ritningarna betecknar 1 ett övre och 2 ett nedre ok, vilka är mekaniskt och magnetiskt förbundna med de övre respektive nedre ändarna hos två ytterben 3A och 38 och ett mittben 6, varvid benen är vertikalt riktade.

Benen 3A, 3B och 6 är avsedda att omslutas av var sin primärlindning och var sin sekundärlindning.

'Den på fig 1-3 visade kärnan är uppbyggd av ett stort antal tunna lameller av kornorienterad elektroplåt. Varje skikt hos kärnan är sammansatt avasju plåtlameller som är anordnade intill varandra med stötfogar mellan ben och ok så att en ram bildas. Vid plåtläggningen placeras stötfogarna i varje kärnskikt inte rakt över fogarna i det närmast underliggande skiktet, utan man åstadkommer en överlappning som gör att ben och ok hänger ihop.

Oktvärsnittet är lika med bentvärsnittets area, men kan alternativt avvika något från detta, t ex inom gränserna É 10 %. Mittbenet 6 samt vart och ett av oken 1 och 2 innehåller ett flertal lamellskikt, av vilka ett övervägande antal, företrädesvis samtliga, endast innehållande en plåtlamell per lamell- skikt. Vart och ett av ytterbenen 3A och 3B innehåller ett flertal lamell- 10 15 20 25 8105496-7 skikt, av vilka ett övervägande antal, företrädesvis samtliga, innehåller två lameller per lamellskikt, varvid varje ytterben är hopsatt av tva långsträckta, vertikalt förlöpande delar NA och 5A respektive HB och SB, varvid de båda sammanhörande delarna företrädesvis år inbördes lika be- träffande tvärsnittens area och form. Detta är emellertid icke nödvändigt.

Huvudsaken är att summan av de båda deltvärsnittens tröghetsmoment om en horisontell, vinkelrätt 1 förhållande till plåtskikten riktad axel är väsent- ligt mindre än motsvarande tröghetsmoment hos ett lika stort, ej uppdelat bentvärsnitt. Delarna HA och SA respektive HB och SB har mot varandra vet- tande, i vertikalplan liggande ytor 8 och 9, mellan vilka en spalt 7 är av- gränsad. Spalten 7 har av tillverkningsskäl företrädesvis en spaltbredd på 1-6 mm. Alternativt kan spaltbredden vara mindre, eller ytorna 8 och 9 kan beröra varandra.

Hos en transformatorkärna enligt uppfinningen kan kärnresonans även undvikas genom att varje ytterben, på samma sätt som de på ritningarna visade, upp- delas i lamellernas tvärriktning, men på sådant sätt att antalet lângssträck- ta, vertikalt riktade delar blir större än två. Hen detta innebär att till- verkningen kompliceras i onödan.

Vidare kan en transformatorkärna enligt uppfinningen avvika från den på ritningarna visade konstruktionen genom att även mittbenet delas upp i två eller flera vertikalt riktade, bredvid varandra anordnade bendelar, men även denna lösning innebär att komplikationer införas i onödan.

Att uppdela endast ett ben har däremot icke visat sig utgöra en effektiv resonansförebyggande åtgärd.

Claims (2)

ß1os496-7 PATENTKRAV

1. Transformatorkârna avsedd för en 3-fas krafttransformator, avsedd för frekvensen 50-60 Hz och utförd i kornorienterad plåt samt med två vertikala ytterben (3A, 3B) och ett mittben (6), varvid benlängden ligger 1 området 1,5-2,3 m, och de övre och nedre ändarna hos nämnda ben är magnetiskt och mekaniskt förbundna med ett övre (1) respektive nedre (2) ok, under det att varje ok och varje ben är hopsatt av ett flertal parallella lamellskikt, och samtliga lamellskikt är parallella med ett och samma vertikalplan, var- vid ett övervägande antal av lamellskikten i vart och ett av nämnda ok (1, 2) endast innehåller en plåtlamell per lamellskikt, k ä n n e t e c k- n a d. därav, att ett övervägande antal av lamellskikten hos varje sidoben _(3A, SB) innehåller ett flertal, i tvärriktningen bredvid varandra anordnade plåtlameller per lamellskikt, varvid varje sidoben (3A, 3B) innehåller ett flertal inbördes parallella delben (UB, SB; HA, SA) på sådant sätt att det tröghetsmoment som bestämmer sidobenets svängningsegenskaper är summan av .de olika delbentvärsnittens tröghetsmoment om en horisontell, vinkelrätt i förhållande till plåtskíkten riktad axel.

2. Transformatorkärna enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett övervägande antal av lamellskikten hos nämnda mittben (6) endast innehåller en plåtlamell per lamellskikt.