DE69110273T2 - Koaxiale schwingungsdämpfende Anordnung eines Ringkerntransformators. - Google Patents

Description

• Die beschriebene Erfindung bezieht sich allgemein auf die Schwingungsdämpfung von Leistungstransformatoren und besonders auf eine konzentrische Isolationsmontage für einen Ringkerntransformator.
• Es ist allgemein bekannt, daß der magnetische Kern in einem elektrischen Transformator eine Geräuschquelle darstellt. Die Erregung der elektrischen Wicklung, die einen magnetischen Kern umgibt, führt zu einer wechselnden Magnetisierung des Kerns, wobei sich die Transformatorbleche infolge des Phänomens der Magnetostriktion zyklisch ausdehnen und zusammenziehen, wenn sie durch den Strom, der durch die Transformatorwicklung fließt, magnetisiert und entmagnetisiert werden. Der magnetische Kern wirkt somit als Quelle von 190 Hertz-Schwingungen und deren Oberschwingungen. Die durch den magnetischen Kern erzeugten Schwingungen bewirken gemeinsam mit dem Gewicht des Kerns und des Kernaufbaus, daß der starre Grundaufbau unter dem Transformator in Schwingungen versetzt wird. Die Gehäuseseitenteile sind fest mit dem Grundaufbau verbunden und können von den festen Grundbauteilen in Schwingung versetzt werden und Geräusche erzeugen. Wenn der feste Grundaufbau bei 120 Hertz-Schwingungen und deren Harmonischen in Resonanz gerät, kann der erzeugte Geräuschpegel stärker ausgeprägt sein.
• Hohe Körperschallpegel sind unerwünscht, da sie dem akustischen Kennwert hinzugefügt werden, wie er in Umgebungen mit geringen Geräuschen wie etwa Unterseebooten benötigt wird.
• DE-A-33 40 985 beschreibt eine Transformatoreinheit, die aus einem ringkernförmigen Transformator besteht, der koaxial von einem zentralen Stab mit einer Schicht aus akustisch isolierendem Material gehalten wird, das sich zwischen dem zentralen Stab und dem Ringkerntransformator befindet.
• Es ist eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, einen Leistungstransformator mit einem hocheffizienten kompakten Aufbau zu liefern, der einen niedrigen akustischen Kennwert hat.
• Ringkernförmige Transformatoren sind kompakt und ihrem Wesen nach ruhiger als Transformatoren, die mit einem Standardkern ausgestattet sind. Um Körperschall, der aus dem Transformatorgehäuse heraus übertragen wird, entscheidend zu verringern, werden ringkernförmige Spulen isoliert auf einen zentralen Stab montiert, der durch die Mitte der Spule führt. Der zentrale Stab wird an seinen Enden von einem Spulenträger getragen, der sich auf einer Schicht schwingungsisolierenden Materials stützt. Die isoliereoden Schichten bestehen aus nachgiebigem, fleiblem gummiartigen Schaumstoffmaterial. Die Nutzung des zentralen Bereiches des Ringkerns für die isolierte Montage nutzt auf andere Weise nicht genutzren Raum und ermöglicht zwei Stufen der Schwingungsisolation, wobei außerhalb des Ringkerns bisher nur einc Stufe der Tsolarion genutzt wurde.
• Der Haltestab in der koaxialen Mitte minimiert jegliche Geiäuschkopplung zwischen mehreren Ringkernen. Die äußeren Teile der Ringkernspule werden nicht abgestützt und sind somit von der Montageplattform oder dem Gehäuse des Transformators isoliert. Das Ergebnis ist ein sehr kleiner Körperschallpegel, der aus dem Gehäuse heraus übertragen wird. Diese und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile werden im weiteren unter Bezug auf die zugehörigen Figuren besser erkennbar.
• Fig. 1A ist ein typischer Ringkerntransformator und Fig. 1B ist ein Querschnitt entlang der Linien AA von Fig. 1A.
• Fig. 2 ist eine ebene Ansicht der gegenwärtigen Erfindung, die drei isoliert in einem Gehäuse montierte Ringkerntransformatoren zeigt.
• Ringförmige Transformatoren haben für ihre räumliche Größe eine hohe Leistungsdichte. Weiterhin sind Ringkerntransformatoren bedeutend leiser als Transformatoren mit einem standardmäßig ausgebildeten Kern. Wie in Fig. 1A erkennbar, hat ein typischer ringförmiger Transformator 10 einen äußeren Umfang und einen Innenraum 12, der den inneren Durchmesser des Transformators oder die Wicklungen 14 auffüllt.
• Die Ansicht eines Querschnitts des Ringkerntransformators wird in Fig. 1B gezeigt. Wie man sehen kann, besteht der Kern aus durchgehendem Stahlband 16 mit einer Streifenbreite W, das auf eine Höhe H gewickelt wurde. Eine Reihe von Windungen 14 umgibt den Kern 20. Jede Schicht des Stahlbandes 16 hat eine Dicke in der Größenordnung von 0,050 bis 0,075 mm (zwei bis drei mils) und ist eng auf jede folgende Windung gewickelt. Da der Kern während des Wickelvorganges unter Druck gehalten wird, sind die Ringkerntransformaroren bedeutend leiser als ein Transformator mit flach ausgebildeten Kern oder einem Kern, der aus gestapelten Platten besteht. Die zirkulare Form gewährleistet für das Volumen des Transformarors eine hohe Leistungsdichte.
• Die gegenwärtige Erfindung wird in Fig. 2 gezeigt, wobei sie drei Ringkerntransformatoren 10 besitzt, die auf einen Haltestab 30 aufgereiht sind. Der Haltestab kann aus rostfreiem Srahl oder anderem Marerial bestehen. Der ungenutzte zentrale Raum 12 des Transformators ist mit einem isoiierenden Material 32 ausgefüllt, das geschlossenzellige Silicon enthaltendes Gummimaterial sein kann. Eine kühlende Hüise 34 für die Wärmeabfuhr liegt an dem inneren Durchmesser des Ringkerntransformators an. Jedes Ende des Haltestabes 30 wird durch eine isolierende Scheibe 36 getragen. Die isolierende Scheibe 36 ist nicht leitend und liefert die elektrische Isolierung zwischen dem Haltestab und dem Gehäuse, wodurch die Möglichkeit eines Kurzschlusses verhindert wird. Die isolierenden Scheiben bestehen aus dielektrischem Material wie etwa Phenolharz oder Glasepoxid. Die isolierenden Scheiben 36 werden von einem Spulenträger 38 gestützt, der den Ringkerntransformator hält. Der Spulenträger 38 aus rostfreiem Stahl ist auf eine Isolationsschicht 40 montiert, die eine zweite Stufe der Isolation des Körperschalls zwischen dem Ringkerntransformator und dem Montagegehäuse 42 liefert. Ein Luftspalt 44 umgibt die Ringkerne 10, so daß sie nicht das Gehäuse 42 oder der Spulenträger 38 berühren, und so Geräuschkurzschlüsse bewirken.
• Durch die Anwendung einer zweistufigen isolierenden Montage wird der akustische Kennwert des Transformators um den Faktor 30 bis 60 dB bezogen auf 10 um/sec² des nichtisolierten Transformators verringert. Der Geräuschpegel für 120 Hertz-Zyklen wird stark verringert und verschiedene harmonische Schwingungen werden praktisch eliminiert.
• Das beschriebene Montageschema für Transformatoren erlaubt die Konfiguration für verschiedene Leistungsgrößen durch Nutzung einer Vieizahl von Ringkerntransformatoren ähnlicher Größe, die auf einen- Spulenträger zu montieren sind, wobei dessen Länge einfach geändert werden kann, um mehr Ringkerntransformatoren auf zunehmen, oder durch Auf- oder Abwärtsskalierung der eingesetzten Tränsformatoren. Die von dem Kern während der Nutzung des Transformators erzeugte Wärme kann einfach durch die Kühlbuchse 34 abgeführt werden, die wie dargestellt in das System integriert ist.

Claims (4)

1. Leistungstransformatoreinheit, bestehend aus

einem ringförmig ausgebildeten Transformator (10), der von einem zentralen Stab (30) koaxial gehalten wird;

einer ersten Schicht eines akustisch isolierenden Materials (32), das zwischen dem zentralen Stab (30) und dem Ringkerntransformator (10) eingefügt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Spulenträger (38) die Enden des zentralen Stabes (30) hält, wobei der Spulenträger von einem Gehäuse getragen wird, das die Leistungstransformatoreinheit enthält; und daß

eine Halte Szhicht eines akustisch isolierenden Materials (40) der Spolenträger (38) von dem Gehäuse (42) trennt, um eine zweite Stufe der akustischen Isolierung bereitzustellen.

2. Leistungstransformatoreinheit nach Anspruch 1, wobei die akustische Isolierung aus elastischem Schaumstoffmaterial besteht.

3. Leistungstransformatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Mittel für die Kühlung (34) bereitgestellt wird, das an dem Ringkerntransformator anliegt und zu dem Zentralstab (30) koaxial ist.

4. Leistungstransformatoreinheit irgendeines der Ansprüche 1 bis 3, der drei ringkernförmige Transformatoren (10) besitzt.