DE2207205C3 - Luftgekühlter Transformator mit einem oder mehreren axialen Kühlkanälen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Transformator mit einem magnetischen Eisenkern und mit zwei oder mehreren zylinderförmigen Wicklungen oder Wicklungsteilen und zwischen den Wicklungen liegender axialen Kühlkanälen.

Wegen des zunehmenden Energiebedarfs in den Ballungsräumen wird es immer häufiger notwendig, mit Mittel- oder sogar Hochspannung bis in die Verbrauchsschwerpunkte heranzufahren und erst hier die Abspan- nung auf Verbrauschsspannung vorzunehmen. Infolgedessen müssen die dazu benötigten Transformatoren im dicht besiedelten Raum oder sogar in den bewohnten Gebäuden selbst untergebracht werden.

Nun treten insbesondere im magnetischen Eisenkern des Gerätes infolge der magnetostriktiven Erscheinungen wechselstromabhängige Schwingungen auf, die eine Schallabstrahlung des Transformators verursachen und dadurch eine erhebliche Störung der Umwelt bedeuten können.

Der konstruktive Aufbau des Transformators stellt nun selbst ein sehr komplexes Gebilde dar, in welchem eine Vielzahl von schwingungsfähigen Systemen entstehen und bestehen kann, die durch die magnetostriktive Kernerregung zu Resonanzen angeregt werden können, wenn die Eigenfrequenz eines bestimmten Systems der doppelten Netzfrequenz oder einer ihrer vielfachen entspricht.

Durch die DD-PS 52 471 ist eine Anordnung für einen Elektromotor bekannt, bei dem zur Geräuschminderung dem Anker axial nachgeschaltete Leiteinrichtungen für den Kühlluftstrom auch einen radialen Kanal bilden. Dabei wird alternativ vorgeschlagen, in den radialen Kanal schallabsorbierendes Material einzulegen und so den Luftstrom von mitgeführten Geräuschen zu befreien. Abgesehen davon, daß diese Einlagen einen erheblichen Strömungswiderstand darstellen und eine nicht unbeachtliche Antriebsarbeit für den Luftstrom erfordern, wird durch diese Einlagen aber auch kein Einfluß auf die Eigenfrequenz der Luftsäule im axialen Luftkanal bewirkt

Das Bestreben des Konstrukteurs muß also dahin gehen, am Transformator selbst zur Resonanz neigende schwingungsfähige Gebilde möglichst zu vermeiden.

Bei einem luftgekühlten Transformator kann der den Luftkanal zwischen den Wicklungen bildende, luftgefüllte Hohlraum bei geeigneten geometrischen Abmessungen einen Resonanzkörper bilden, der zur Abgabe von Schallschwingungen geeignet ist, ähnlich einer Orgelpfeife, wenn sich in ihm eine durch die äußeren Frequenzen angeregte stehende Welle ausbilden kann.

Eine wesentliche Verminderung des von einem luftgeküiten Transformator mit einem oder mehreren axialen Kühlkanälen mit ringförmigen Querschnitt abgestrahlten Gesamtschalles wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die geometrischen Abmessungen der Kühlkanäle so gewählt sind, daß die Eigenfrequenzen der Luftsäulen in den einzelnen Kühlkanälen nicht mit der magnetostriktiven Erregerfrequenz zusammenfallen und/oder daß in der einen Kühlkanal füllenden Luftsäule Diskontinuitäten angeordnet sind, die die Ausbidlung von stehenden Schallwellen entsprechender Frequenzen verhindern.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens eine der den Kühlkanal begrenzenden Wicklungen einen oder mehrere radiale Spalte aufweist und daß dabei mehrere Spalte ungleiche, axiale Abstände voneinander haben können.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlkanal einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei der trapezförmige Querschnitt in Stufen gebildet ist, indem mindestens eine angrenzende Wicklung abschnittsweise gestufte Durchmesser hat.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß im Kühlkanal schräg zur Wicklungsachse verlaufende Stege angeordnet sind und daß die Stege aus schallschluckendem Material bestehen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung und Gestaltung der Kühlkanäle ist sehr vorteilhaft, weil dadurch Geräuscherhöhungen durch Resonanzerscheinungen in den die Kühlkanäle füllenden Luftsäulen vermieden sind. Ein weiterer Vorteil wird bei Verwendung von schallschluckendem Werkstoff für die Diskontinuitäten erzielt, weil dadurch gleichzeitig die Nachhallzeit verringert ist

Anhand der Zeichnungen werden weitere Gedanken der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele erläutert

Bei Anordnungen gemäß den F i g. 1 und 2 wird die Ausbildung einer stehenden Welle einer bestimmten Frequenz verhindert, indem die Wicklungen 2 und/oder 3 durch radiale Spalte 4 in mehrere Teilwicklungen 2a, 2a, 3a,3f>3cunterteil sind.

F i g. 1 zeigt die Unterteilung der äußeren Wicklung 3 in die Teilwicklungen 3a und 3b mit dem dazwischenliegenden Spalt 4, wobei die innenliegende Wicklung 2 ungeteilt ist. Der Kühlkanal 1 besteht hier also aus zwei

Teilen von jeweils halber Länge, so daß ein ganz bestimmtes Frequenzspektrum von der Resonanz schon ausgeschlossen ist

In F i g. 2 sind beide Wicklungen 2, 3 unterteilt, die innere Wicklung 2 in die zwei Teilwicklungen 2a und 2b mit einem radialen Spalt 4 und die äußere Wicklung 3 in die drei Teilwicklungen 3a, 3b und 3c mit den beiden radialen Spalten 4. Der Kühlkanal 1 ist damit dreifach unterteilt, womit der mögliche Resonanzbersich weiter eingeengt ist

Als zusätzliche Maßnahme kinn in den radialen Spalt 4 zwischen den Teilwicklungen 3a und 3b, wie in F i g. 3 dargestellt, eine radiale Luftleitfläche 5 hineinragen, die als Diskontinuität den durchlaufenden Kühlkanal 1 vollständig unterbricht Diese Luftleitflächen 5 selbst können ebenfalls aus schalldämpfendem Material bestehen und dadurch auch die Nachhallzeit im Kühlkanal verringern.

Die Ausbildung von stehenden Well:η in dem Kühlkanal 1 kann beispielsweise auch verhindert werden durch die Formgebung des Kühlkanals 1, beispielsweise mit trapezförmigem Querschnitt, wie er in F i g. 4 dargestellt ist, da jedoch die Herstellung einer solchen konischen Form Schwierigkeiten bereitet, wird vorzugsweise eine Ausführung gemäß F i g. 5 gewählt werden, bei welcher mindestens eine der Wicklungen 2 oder 3 abschnittsweise gestufte Durchmesser aufweist, so daß der kontinuierliche Verlauf des Kühlkanals 1 unterbrochen ist

Eine weitere Möglichkeit zur Einführung einer Diskontinuität in den Kühlkanal 1 besteht darin, daß man im Kühlkanal 1 anstelle der üblichen aclisparallelen Distanzleisten geneigte oder schräge Stege 6 einbringt, die den Kühlkanal 1 in trapezförmige Einzelkanäle unterteilen, wie es in den F i g. 6, 7 und 8 gezeigt ist Die Abwicklung in Fig.δ zeigt deutlich, daß die Stege 8 geneigt zur Achsrichtung in den Kanal eingebracht sind. Diese Stege 6 können zudem aus schallschluckendem Material ausgeführt sein, so daß an ihnen keine Reflektienen stattfinden und auch hierbei wiederum die Nachhallzeit im Kühlkanal 1 verringert ist

Eine weitere Möglichkeit zur Verstellung der Eigenfrequenz der Luftsäule in Kühlkanal 1 besteht darin, von den Oberflächen der Wicklungen 2 und/oder 3 ausgehende radiale Leitflächen 7, wie in Fig.9 dargestellt, in den Kühlkanal 1 hineinragen zu lassen. Diese Leitflächen 7 können in bestimmter Anordnung und mit verschiedenen Abständen angebracht sein, sie können aus schallschluckendem Material bestehen und zusätzlich die Nachhallzeit im Kühlkanal 1 verringern.

Es ist eine wichtige neue Erkenntnis, daß bei luftgekühlten Transformatoren ein erheblicher Schallanteil von den Resonanzen der Kühlkanäle 1 ausgehen kann, so daß ein erheblicher Schritt in Richtung auf den geräuscharmen Transformator zur Vermeidung von Kühlkanalresonanzen erreicht wird. Eine zusätzliche Verbesserung der Geräuschdämpfung von in den Kühlkanälen entstehenden Geräuschen kann durch axiale Vorsetzung einer Schallschluckanordnung erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Luftgekühlter Transformator mit magnetischem Eisenkern und mit zwei oder mehreren zylinderförmigcn Wicklungen oder Wicklungsteilen und zwischen den Wicklungen liegenden axialen Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Abmessungen der Kühlkanäle (1) so gewählt sind, daß die Eigenfrequenzen der Luftsäulen in den einzelnen Kühlkanälen (1) nicht mit der magnetostriktiven Erregerfrequenz zusammenfallen und/oder daß in der einen Kühlkanal (1) füllenden Luftsäule Diskontinuitäten angeordnet sind, die die Ausbildung von stehenden Schallwellen entsprechender Frequenzen verhindern.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß mindesttns eine der den Kühlkanal (1) begrenzenden Wicklungen einen oder mehrere radiale Spalte (4) (F i g. 1,2) aufweist

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spalte (4) ungleiche, axiale Abstände voneinander haben (F i g. 2).

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (1) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist (F i g. 4,5).

5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der trapezförmige Querschnitt in Stufen gebildet ist, indem mindestens eine angrenzende Wicklung (3) abschnittsweise gestufte Durchmesser hat (F i g. 5).

6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkanal (1) schräg zur Wicklungachse verlaufende Stege (6) angeordnet sind (F ig. 6—8).

7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6) aus schallschlukkendem Material bestehen (F i g. 6—8).

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