DE2207205C3 - Air-cooled transformer with one or more axial cooling channels - 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.The invention relates to an air-cooled transformer with one magnetic iron core and with two or several cylindrical windings or winding parts and lying between the windings axial cooling channels.

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.Because of the increasing energy demand in the metropolitan areas, it is more and more necessary to use To bring medium or even high voltage up to the main consumption points and only here voltage to be carried out on the consumption voltage. As a result, the transformers required for this must be im densely populated space or even in the inhabited buildings themselves.

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.Now occur in particular in the magnetic iron core of the device as a result of magnetostrictive phenomena AC-dependent vibrations that cause sound radiation from the transformer and as a result, they can have a significant impact on the environment.

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.The structural design of the transformer itself now represents a very complex structure in which a multitude of vibratory systems can arise and exist due to the magnetostrictive Nuclear excitation can be excited to resonances if the natural frequency of a certain system of the double the network frequency or one of its multiples.

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 bewirktFrom DD-PS 52 471 an arrangement for an electric motor is known in which to reduce noise The armature axially downstream guide devices for the cooling air flow also form a radial channel. As an alternative, it is proposed to insert sound-absorbing material into the radial channel and so on to free the air flow from entrained noises. Apart from the fact that these deposits make you represent considerable flow resistance and a not inconsiderable drive work for the air flow require, these deposits will not have any influence on the natural frequency of the air column in the axial direction Air duct causes

Das Bestreben des Konstrukteurs muß also dahin gehen, am Transformator selbst zur Resonanz neigende schwingungsfähige Gebilde möglichst zu vermeiden.The designer's endeavors must therefore be aimed at tending to resonate on the transformer itself to avoid vibratory structures as far as possible.

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.In the case of an air-cooled transformer, the air-filled one that forms the air duct between the windings can be used Form cavity with suitable geometrical dimensions a resonance body, which is used for the delivery of Sound vibrations are suitable, similar to an organ pipe, if there is one through the outer ones Frequencies excited standing wave can form.

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.A substantial reduction in that of an air-cooled transformer with one or more axial cooling channels with an annular cross-section of the total sound emitted is according to the invention achieved in that the geometric dimensions of the cooling channels are chosen so that the natural frequencies of the air columns in the individual cooling channels do not coincide with the magnetostrictive excitation frequency and / or that in the air column filling a cooling channel discontinuities are arranged which the Prevent the development of standing sound waves of corresponding frequencies.

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.According to advantageous embodiments of the invention it is provided that at least one of the cooling channel limiting windings has one or more radial gaps and that there are several gaps unequal, can have axial distances from each other.

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.According to another embodiment of the invention, the cooling channel has a trapezoidal cross section on, wherein the trapezoidal cross-section is formed in steps by at least one adjacent Winding has a stepped diameter in sections.

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.A further embodiment of the invention consists in the fact that the cooling duct is at an angle to the winding axis extending webs are arranged and that the webs are made of sound-absorbing material.

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 istThe inventive training and design of the cooling channels is very advantageous because it Noise increases due to resonance phenomena in the air columns filling the cooling channels are avoided are. Another advantage is when using sound-absorbing material for the discontinuities achieved because it also reduces the reverberation time

Anhand der Zeichnungen werden weitere Gedanken der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele erläutertFurther ideas of the invention and exemplary embodiments are explained with the aid of the drawings

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.In the case of arrangements according to FIGS. 1 and 2 is the formation of a standing wave of a given Frequency prevented by the windings 2 and / or 3 through radial gaps 4 in several partial windings 2a, 2a, 3a, 3f> 3c are lower part.

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 zweiF i g. 1 shows the subdivision of the outer winding 3 into the partial windings 3a and 3b with the gap 4 in between, the inner winding 2 being undivided. The cooling channel 1 consists of two here

Teilen von jeweils halber Länge, so daß ein ganz bestimmtes Frequenzspektrum von der Resonanz schon ausgeschlossen istDivide each half the length, so that a very specific frequency spectrum of the resonance already is excluded

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 istIn Fig. 2, both windings 2, 3 are divided, the inner winding 2 into the two partial windings 2a and 2b with a radial gap 4 and the outer winding 3 into the three partial windings 3a, 3b and 3c with the two radial gaps 4. The cooling channel 1 is thus divided into three parts, which further narrows the possible range of resonances

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.As an additional measure, chin in the radial gap 4 between the partial windings 3a and 3b, as in FIG. 3, a radial air guide surface 5 protrudes, which completely interrupts the continuous cooling channel 1 as a discontinuity. These air guide surfaces 5 themselves can also consist of sound-absorbing material and thereby also reduce the reverberation time in the cooling channel.

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 istThe formation of standing well: η in the Cooling channel 1 can also be prevented, for example, by the shape of the cooling channel 1, for example with a trapezoidal cross-section, like him in Fig. 4 is shown, but since the manufacture of such a conical shape is difficult preferably an embodiment according to FIG. 5 can be selected in which at least one of the windings 2 or 3 in sections has stepped diameters, so that the continuous course of the cooling channel 1 is interrupted

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 istAnother possibility for introducing a discontinuity in the cooling channel 1 is that instead of the usual aclis-parallel spacer strips, inclined or inclined webs 6 are introduced into the cooling channel 1, which subdivide the cooling channel 1 into trapezoidal individual channels, as shown in FIGS. 6, 7 and 8 is Die Development in Fig. Δ clearly shows that the webs 8 are inclined to the axial direction in the channel. These webs 6 can also consist of sound-absorbing Be made of material so that no reflections take place on them and here again the Reverberation time in cooling channel 1 is reduced

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.There is another possibility of adjusting the natural frequency of the air column in cooling duct 1 therein, radial guide surfaces 7 emanating from the surfaces of the windings 2 and / or 3, as in FIG. 9 shown to protrude into the cooling channel 1. These guide surfaces 7 can be arranged in a certain manner and at different distances, they can consist of sound-absorbing material and also reduce the reverberation time in cooling duct 1.

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.It is an important new finding that air-cooled transformers have a significant amount of noise can start from the resonances of the cooling channels 1, so that a significant step towards the low-noise transformer to avoid cooling duct resonance is achieved. An additional Improvement of the noise dampening of noises arising in the cooling ducts can be achieved by axial presetting of a sound-absorbing arrangement can be achieved.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Air-cooled transformer with a magnetic iron core and two or more cylindrical shapes Windings or winding parts and axial cooling channels between the windings, characterized in that the geometric dimensions of the cooling channels (1) are chosen so that the natural frequencies of the air columns in the individual cooling channels (1) do not coincide with the magnetostrictive excitation frequency and / or that in a cooling channel (1) filling the air column are arranged discontinuities that the Prevent the formation of standing sound waves of corresponding frequencies. 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) aufweist2. Transformer according to claim 1, characterized in that at least one of the Has one or more radial gaps (4) (FIG. 1, 2) that delimit the cooling channel (1) 3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spalte (4) ungleiche, axiale Abstände voneinander haben (F i g. 2).3. Transformer according to claim 2, characterized in that several gaps (4) are unequal, have axial distances from each other (Fig. 2). 4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (1) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist (F i g. 4,5).4. Transformer according to claim 1, characterized in that the cooling channel (1) has a has a trapezoidal cross-section (Fig. 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).5. Transformer according to claim 4, characterized in that the trapezoidal cross section is formed in steps by having at least one adjacent winding (3) stepped in sections Diameter (Fig. 5). 6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkanal (1) schräg zur Wicklungachse verlaufende Stege (6) angeordnet sind (F ig. 6—8).6. Transformer according to claim 1, characterized in that in the cooling channel (1) obliquely to The webs (6) running along the winding axis are arranged (Figs. 6-8). 7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6) aus schallschlukkendem Material bestehen (F i g. 6—8). 7. Transformer according to claim 6, characterized in that the webs (6) consist of sound-absorbing material (Fig. 6-8). 1010