DE4021860C2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Minderung eines Geräusches bei einem Transformator - Google Patents
Schaltungsanordnung und Verfahren zur Minderung eines Geräusches bei einem TransformatorInfo
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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. einem 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 1a 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 IL 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 Stromrichter 6 ist dem Betriebsstrom
IB am Eingang des Stromrichters 6 eine Gleichstromkomponente in
Form eines Gleichstromanteils IG 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 IH in seiner magne
tischen Wirkung der des Gleichstromanteils IG entgegenwirkt. Auf
diese einfache Weise ist es möglich, die durch den Gleichstrom
IG erhöhte Kerninduktion und die damit verbundene Geräuschent
wicklung durch den Strom IH 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 ebenfalls
mit einem störenden Gleichstrom IG beaufschlagt ist.
Fig. 2 zeigt einen Strompfad 11, in den zusätzlich zum Halbleiter
10 ein Stellglied 12 zum Einstellen des Stromes IH geschaltet
ist. Dadurch ist eine Einstellung des Stromes IH 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 Elektronikanordnung 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 kann beispielsweise als Mikrophon, insbeson
dere als Körperschallmikrophon, ausgebildet sein, das am Trans
formator 2 angeordnet ist. Mittels dieser Schaltungsanordnung 1d
ist es möglich, derart zu verfahren, daß in Abhängigkeit vom Ge
räusch des Transformators 2 der Strom IH im Stromkreis 11 ge
steuert wird. Das Steuergerät 14 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 IH, 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 Transformatorschaltungen, insbesondere mit einem Wechselrichter.
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung (1a bis 1e) mit einem Transformator
(2), auf dessen Kern (8) eine erste und zweite Wicklung (3
bzw. 5) und eine zusätzliche Wicklung (9) angeordnet sind,
wobei die zusätzliche Wicklung (9) zusammen mit einem Ventil
(10, 12) einen geschlossenen Strompfad (II) mit einem darin
fließenden Strom (IH) bildet, derart, daß ein in der ersten
oder zweiten Wicklung (2, 5) durch einen Gleichstrom (IG) im
Transformator (2) erzeugtes Geräusch verhindert ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei als Ventil
(10, 12) eine vorgebbare Zahl von Halbleitern dient.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei
der in dem Strompfad (11) ein Stellglied (12) zum Einstellen
des Stromes (IH) umfaßt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der am Stellglied
(12) ein Steuergerät (14) mit einem Meßfühler (15) zur
Aufnahme einer dem Geräusch des Transformators (2)
proportionalen Meßgröße angeschlossen ist, wobei das
Steuergerät (14) dem Stellglied (12) ein Steuersignal im
Sinne einer Kompensation des Gleichstromanteils (IG) zuführt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der zumindest dem
Meßfühler (15) und dem Steuergerät (14) ein Bandfilter (16),
vorzugsweise für Frequenzen, die ein Vielfaches der
Betriebsfrequenz des Transformators (2) betragen, zugeordnet
ist.
6. Verfahren zur Minderung eines durch einen
Gleichstromanteil (IG) hervorgerufenen Geräusches bei einem
Transformator (2) mit den folgenden Schritten:
- - am Transformator (2) wird mit einer zusätzlichen Wicklung (9) eine Spannung induziert,
- - die Spannung wird einem als Verbraucher dienenden Ventil (10, 12) zugeführt,
- - wobei das Ventil (10, 12) einen Gleichstrom (IH) erzeugt, der dem Gleichstromanteil (IG) im Sinne der Geräuschverminderung entgegengerichtet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Gleichstrom (IH) in
Abhängigkeit von einer dem Geräusch des Transformators (2)
proportionalen Meßgröße gesteuert ist.
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