DE1105512B

DE1105512B - Low-noise three-phase transformer

Info

Publication number: DE1105512B
Application number: DEL33041A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Jordan; Dipl-Ing Otto Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-04-21
Filing date: 1959-04-21
Publication date: 1961-04-27

Description

Geräuscharmer Drehstromtransformator Der magnetische Lärm von Transformatoren wird im Gegensatz zu rotierenden elektrischen Maschinen nicht durch Maxwellsche Zugspannungen, sondern durch die magnetostriktiven Längenänderungen der Transformatorbleche verursacht. Dieser Lärm läßt sich z. B. auch dadurch nicht vermeiden, daß man Luftspalte, die vom technischen Standpunkt aus ungünstig sind, im Kern vorsieht, weil an diesen Luftspalten dann Maxwell-Zugkräfte zusätzlich noch auftreten.Quiet three-phase transformer The magnetic noise from transformers In contrast to rotating electrical machines, it is not based on Maxwell's Tensile stress, but rather through the magnetostrictive changes in length of the transformer sheets caused. This noise can be z. B. also by not avoiding air gaps, which are unfavorable from a technical point of view, essentially provides because of these Air gaps then Maxwell tensile forces also occur.

Der durch magnetostriktive Längenänderungen hervorgerufene Lärm läßt sich weder durch die Ölfüllung noch durch den Kessel, auch wenn dieser zusätzlich versteift ist, praktisch herabsetzen, da das Öl für die in Frage kommenden Frequenzen, die ein Vielfaches der doppelten Netzfrequenz sind, schallhart ist und die Schallwellenlänge im Öl groß ist gegenüber den in Frage kommenden Ölstrecken. Außerdem besteht die Kessel-,vand aus schallhartem Material, das aber im Verhältnis zum Kern biegeweich ist. Ein Zylinderkessel wäre zwar gegenüber einer vom Kern ausgehenden zylindrischen Schallwelle zugsteif und würde in einem solchen Fall das Austreten von Körperschall aus dem Kern und die Verwandlung in Luftschall an der Kesseloberfläche weitgehend verringern. Die Kerne der Transformatoren schwingen aber nicht als Zylinderstrahler 0. Ordnung, wie es für die Erregung zylindrischer Wellen Voraussetzung ist, sondern mindestens als Strahler 1. Ordnung. Infolgedessen ergeben sich an der Kesseloberfläche bestimmte Vorzugsrichtungen bezüglich des Schalldruckes, wodurch der Kessel zu Biegeschwingungen angeregt wird und sich im Falle eines Strahlers 2. Ordnung z. B. elliptisch verformt. Es ist bekannt, daß aus den obigen Gründen diese elliptische Verformung bei allen technischen Transformatoren unabhängig von der besonderen Ausbildung des Kessels auftritt.The noise caused by magnetostrictive changes in length lets neither through the oil filling nor through the boiler, even if this is additional is stiffened, practically reduce, since the oil for the frequencies in question, which are a multiple of twice the network frequency, is acoustically hard and the sound wavelength in oil is large compared to the oil routes in question. There is also the Shell wall made of reverberant material, which is pliable in relation to the core is. A cylinder vessel would be compared to a cylindrical one emanating from the core Sound wave is tensile and would, in such a case, the escape of structure-borne sound from the core and the transformation into airborne sound on the boiler surface to a large extent to decrease. However, the cores of the transformers do not vibrate as cylinder emitters 0. order, as it is a prerequisite for the excitation of cylindrical waves, but at least as 1st order radiator. As a result, arise on the boiler surface certain preferred directions with regard to the sound pressure, causing the boiler to flexural vibrations is excited and in the case of a second order radiator z. B. elliptically deformed. It is known that, for the above reasons, this elliptical deformation occurs in all technical transformers regardless of the special design of the boiler occurs.

Die von einem Transformator herrührende Schalldruckverteilung an der Kesseloberfläche wird also im wesentlichen allein durch die schwingungstechnischen Eigenschaften des Kernes festgelegt, wobei man aus den obengenannten Gründen den Kern als frei schwingend voraussetzen darf, da der Kessel biegeweich und die mitschwingende Mediummasse des flüssigen oder festen Isoliermittels, wie z. B. Ouarzsand, Öl, Clophen usw., von Strahlern 2. Ordnung an aufwärts gerechnet, stets klein ist im Verhältnis zur trägen Gesamtmasse der Füllung.The sound pressure distribution on the from a transformer The boiler surface is therefore essentially solely due to the vibration technology Properties of the core established, one for the reasons mentioned above The core can be assumed to vibrate freely, since the shell is pliable and the one that vibrates with it Medium mass of the liquid or solid insulating agent, such as. B. Ouarzsand, Oil, Clophen etc., counting upwards from radiators of the 2nd order, is always small in relation to the inert total mass of the filling.

Die Größe des Schalldruckes an der Kernoberfläche wird bei Einphasentransformatoren bekanntlich im wesentlichen durch die mit der doppelten Netzfrequenz pulsierende Magnetostriktionskomponente bestimmt, da die Komponenten höherer Ordnungszahl, deren Frequenzen das Vielfache von der doppelten Netzfrequenz sind, in akustischer Hinsicht uninteressant sind, weil sie, in ihrem Absolutbetrag gesehen, vernachlässigbar klein sind gegenüber der 100-Hz-Komponente. Der Einphasenkern führt also normalerweise erzwungene Schwingungen mit der doppelten Netzfrequenz aus, deren Amplitude nur von den magnetostriktiven Eigenschaften des verwendeten Kernbleches abhängt. Es ist bekannt, daß bei Einphasentransformatoren die magnetostriktiven Dehnungskomponenten der höheren Ordnungszahlen unter Umständen auch Biegeeigenfrequenzen des Kerns erregen können. Dieser Fall muß natürlich vermieden werden. Aus bekannten schwingungstechnischen Gründen wird man versuchen, den Einphasenkern stets so auszulegen, daß seine Biegeresonanzfrequenzen einen möglichst weiten Abstand von den Erregerfrequenzen, d. h.. dem Doppelten der Netzfrequenz besitzen.The size of the sound pressure on the core surface is in single-phase transformers as is known, essentially by pulsing with twice the mains frequency Magnetostriction component determined because the components of higher atomic number, their Frequencies are a multiple of twice the mains frequency, in acoustic terms are of no interest because, seen in their absolute value, they are negligibly small are opposite the 100 Hz component. So the single-phase core usually leads forced oscillations with twice the mains frequency, the amplitude of which is only depends on the magnetostrictive properties of the core sheet used. It it is known that in single-phase transformers the magnetostrictive expansion components the higher ordinal numbers may also excite natural bending frequencies of the core can. This case must of course be avoided. From known vibration technology For reasons, one will try to always interpret the single-phase core so that its flexural resonance frequencies the greatest possible distance from the excitation frequencies, d. h .. twice the Own network frequency.

Diese Erkenntnisse lassen sich auf den Dreiphasenkerrn nicht ohne weiteres übertragen. Man könnte zwar grundsätzlich die Bewegungsgleichungen der Joch- und Schenkelabschnitte unter Berücksichtigung aller Feinheiten, wie Drehträgheit der Massenelemente, Schub auf die Biegelinie, Berücksichtigung angekoppelter biegeweicher Zuschlagsmassen u. dgl., sowie auch den Einfluß des mitschwingenden Öls und der Kesselwand durch theoretisch bzw. experimentell bestimmbare Koeffizienten berücksichtigen. Das würde aber allein schon beim-Drehstromkern selbst auf ein System von Differentialgleichungen mit 42 Integrationskonstanten führen. Ein solches System läßt sich infolge der vielen darin auftretenden Parameter auch mit elektronischen Rechenmitteln nicht mehr übersehen. Man hat daher die akustische Entstörung der Drehstromtransformatoren bisher auf andere Weise zu lösen versucht, nämlich dadurch, daß man die Ausbreitung des von der Kesseloberfläche abgestrahlten Lärms durch Dämmung und/ oder Dämpfung zu vermindern trachtet. Nun zeigt aber eine einfache Rechnung, daß die zur Dämmung des Schalls benötigten Massen in wirtschaftlicher Form gar nicht aufgebracht werden können (meterdicke Wände). Die Dämpfung durch energieverzehrende Schluckstoffe ist aber nur bedingt anwendbar, weil die Weglänge im Schluckstoff klein ist im Verhältnis zu den Wellenlängen der stärksten Teiltöne. Die Wellenlänge ist bekanntlich gleich dem Quotienten aus der Schallgeschwindigkeit im 1Iedium zur Erregerfrequenz. Man wird also durch Anwendung von Dämmung und(oder Dämpfung die von einem Drehstromtransformator abgestrahlte Schallleistung nur unwesentlich vermindern können, wobei ein Betrag von 5 db für schalltechnische Begriffe unbefriedigend ist mit Rücksicht auf die Meßfehler und erst Beträge in der Größenordnung von 10 bis 20 db als schalltechnisch wirksame Maßnahme angesprochen werden können. Es ist z. B. durchaus möglich, daß durch Anwendung äußerer Dämpfungs- und Dämmittel an bestimmten Raumpunkten eine Verbesserung erzielt wird, aber niemals eine Verbesserung im Mittel über dem Umfang des Transformators. Diese Messungen werden nämlich einfach aus Platzgründen stets im Nahfeld des Transformators ausgeführt, d. h. in Abständen von höchstens einigen Metern, wie das z. B. durch die entsprechende Bewertungskurve vorgeschrieben wird. Im Fernfeld, d. h. bei einem Abstand vom Transformator, der groß ist gegenüber der Wellenlänge des abgestrahlten Schalls, tritt dagegen der Mittelwert der Schallstärke in Erscheinung. Auch die Verminderung der Schallstärke an bestimmten Punkten mit Hilfe von Interferenzerscheinungen z. B. durch entsprechend angeordnete Lautsprechergruppen läßt den Mittelwert der Schallstärke im Fernfeld unbeeinflußt.These findings cannot be avoided on the three-phase kernels transferred further. One could basically use the equations of motion of the Yoke and leg sections taking into account all the subtleties, such as rotational inertia of the mass elements, thrust on the bending line, consideration of coupled flexible ones Aggregate masses and the like, as well as the influence of the accompanying oil and the Consider the boiler wall using coefficients that can be determined theoretically or experimentally. In the case of the three-phase core itself, however, that would result in a system of differential equations lead with 42 integration constants. Such a system can be as a result of the many The parameters occurring in it can no longer be overlooked, even with electronic computing means. The acoustic suppression of the three-phase transformers has therefore been used so far tries to solve it in another way, namely by preventing the spread of the to reduce the noise emitted by the boiler surface through insulation and / or damping seeks. But now a simple calculation shows that it is used to attenuate the sound required masses can not be applied in an economical form (meter thick Walls). The attenuation by energy-consuming ingestion is but only applicable to a limited extent, because the path length in the absorption material is relatively small to the wavelengths of the strongest partials. The wavelength is known to be the same the quotient of the speed of sound in the medium to the excitation frequency. Man So by applying insulation and (or damping that of a three-phase transformer radiated sound power can only insignificantly reduce, whereby an amount of 5 db for acoustical terms is unsatisfactory with regard to the Measurement errors and only amounts in the order of 10 to 20 db as acoustically effective measure can be addressed. It is Z. B. quite possible that by using external damping and damping agents at certain points in space Improvement is achieved, but never an improvement in the mean over the range of the transformer. For reasons of space, these measurements are always made executed in the near field of the transformer, d. H. at intervals of at most a few Meters, like the z. B. is prescribed by the corresponding evaluation curve. In the far field, i.e. H. at a distance from the transformer that is large compared to the Wavelength of the emitted sound, the mean value of the sound strength occurs in appearance. Also the reduction of the sound strength at certain points with Help from interference phenomena z. B. by appropriately arranged loudspeaker groups leaves the mean value of the sound strength in the far field unaffected.

Aus diesen Gründen kann eine wirksame akustische Entstörung der Transformatoren nur am Ort der Ursache, d. h. am Kern erfolgen. Alle Bemühungen auf der Basis einer mechanischen Entkopplung durch Luftspalte oder Pufferelemente beseitigen weder die Magnetostriktion noch die Tatsache, daß ein technisch brauchbarer Drehstromkern ein schubfestes Gebilde sein muß. Denn schon mit Rücksicht auf die unvermeidlichen 100-Hz-Vibrationen und die zusätzlich noch auftretende Max",vellkräfte kann man nicht zulassen, daß sich einzelne Bleche gegeneinander bewegen und dadurch die Isolation zwischen den Blechen zerrieben wird (Eisenbrand).For these reasons, an effective acoustic suppression of the transformers only at the place of the cause, d. H. take place at the core. All efforts on the basis of one mechanical decoupling through air gaps or buffer elements eliminate neither Magnetostriction nor the fact that a technically useful three-phase core must be a shear-resistant structure. Because with consideration for the inevitable 100 Hz vibrations and the additional max Do not allow individual sheets to move against each other and thereby the insulation is crushed between the metal sheets (iron fire).

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wirksame akustische Entstörung des Drehphasenkerns grundsätzlich zur Voraussetzung hat, den durch die magnetostriktiven Materialeigenschaften des Kernwerkstoffes bedingten unvermeidbaren Anteil des Körper-und Luftschalls von dem durch die konstruktive Ausbildung des Kerns bewirkten, aber vermeidbaren Anteil zu trennen. Zu diesem Zweck müßte man die Bewegungsgleichungen des Kerns, d. h. der Joch- und Schenkelabschnitte aufstellen und integrieren. Das führt, wie schon gesagt, auf 42 Integrationskonstanten, also zu auch mit elektronischen Mitteln nicht mehr übersehbaren Verhältnissen.The invention is based on the knowledge that an effective acoustic In principle, interference suppression of the rotary phase core is required by the Inevitable due to the magnetostrictive material properties of the core material Proportion of structure-borne and air-borne noise caused by the structural design of the Kerns caused, but avoidable portion to separate. For this purpose one would have to the equations of motion of the nucleus, d. H. of the yoke and leg sections and integrate. As already said, this leads to 42 constants of integration, that is to relationships that can no longer be overlooked even with electronic means.

Bekanntlich kann man den magnetostriktiven Dehnungen s der einzelnen Volumenelemente äußere, diese Dehnung verursachende mechanische Kräfte P = EFs zuordnen, die gerade diese Dehnungen beim unerregten Kern bewirken. Ein solcher Ersatz der magnetostriktiven Längenänderungen durch ein System eingeprägter äußerer Erregerkräfte ist in Fig. 1 der Zeichnung, bezogen auf einen Dreischenkelkern, dargestellt.It is well known that the magnetostrictive strains s of the individual Assign volume elements to external mechanical forces P = EFs causing this expansion, which cause precisely these elongations in the unexcited core. One such replacement of the magnetostrictive length changes through a system of external excitation forces is shown in Fig. 1 of the drawing, based on a three-legged core.

Der Pfeil J bezeichnet dabei die Jochrichtung, während der Pfeil S die Schenkelrichtung festlegt.The arrow J indicates the yoke direction, while the arrow S determines the leg direction.

Pj bzw. PS bedeuten dabei die äußeren Erregerkräfte in Joch- bzw. Schenkelrichtung. Die Faktoren <p = e-f4-.a und q-2 @ e+i2Tls erfassen die zeitlichen Verschiebungen im Dreiphasensystem. Diese Zuordnung äußerer Kräfte gemäß Fig. 1 läßt erkennen, daß sich beim erregten Dreiphasenkern die magnetostriktiven Dehnungen im Gegensatz zum erregten Einphasenkern nunmehr nicht mehr frei ausbilden können, daß vielmehr eine jede Längenänderung eines Schenkel- oder Jochteils mit einer gleichzeitigen Biegeverformung und Längenänderung aller übrigen Teile des Kerns verbunden sein muß. Ein solcher Fall ist in Fig.2 dargestellt, wobei vorausgesetzt ist, daß, wie in der Praxis üblich, keine wesentlichen Winkeländerungen an den Kernecken auftreten oder, mit anderen Worten, daß die Kernecken biegesteif sind. Eine derartige gestrichelt gezeigte Kernverformung stellt natürlich nur einen Augenblickswert dar für den Fall, daß die Kraft im Mittelschenkel gerade den Wert Null besitzt. Entsprechend der Änderung des Flusses und damit der Induktion beispielsweise im Mittelschenkel ergeben sich andere Verformungsbilder, die in ihrer Gesamtheit nicht zu überblicken sind.Pj and PS mean the external excitation forces in the yoke or leg direction. The factors <p = e-f4-.a and q-2 @ e + i2Tls record the time shifts in the three-phase system. This assignment of external forces according to FIG. 1 shows that in the excited three-phase core, the magnetostrictive strains, in contrast to the excited single-phase core, can no longer develop freely; rather, every change in length of a leg or yoke part with a simultaneous bending deformation and change in length of all other parts of the core must be connected. Such a case is shown in FIG. 2, it being assumed that, as is customary in practice, no significant angular changes occur at the core corners or, in other words, that the core corners are rigid. Such a core deformation, shown in dashed lines, of course only represents an instantaneous value in the event that the force in the central limb just has the value zero. Corresponding to the change in the flow and thus the induction, for example in the middle limb, other deformation patterns result, which cannot be overlooked in their entirety.

Neben diesen unvermeidbaren Kräften, d. h. neben diesen immer auftretenden Verformungen des Kerns mit der doppelten Netzfrequenz, die das Minimum des Geräuschpegels eines Dreiphasentransformators festlegen und damit als unvermeidbar anzusehen sind, treten infolge der Obertöne des magnetostriktiven Spektrums, deren Frequenz ein Vielfaches der doppelten Netzfrequenz ist, zusätzlich verformende Kräfte mit der gleichen räumlichen Verteilung längs des Kerns auf, die normalerweise allein wegen ihrer Kleinheit ungefährlich sind, die aber für den Fall, daß ihre Frequenz in die Nähe einer der kritischen Resonanzfrequenzen des Kerns kommt, in akustischer Hinsicht gefährliche Schwingungserreger darstellen.In addition to these unavoidable forces, i. H. next to these always occurring Deformation of the core at twice the line frequency, which is the minimum of the noise level of a three-phase transformer and are therefore to be regarded as unavoidable, occur as a result of the overtones of the magnetostrictive spectrum, their frequency Multiples of twice the mains frequency, additional deforming forces with the equal spatial distribution along the nucleus, usually because of that alone their small size are harmless, but in the event that their frequency in the Close to one of the core's critical resonance frequencies, in acoustic terms represent dangerous vibration exciters.

Diese kritischen Resonanzfrequenzen des Kernes lassen sich nach der Erfindung dadurch vermeiden, daß durch geeignete, an sich bekannte eine Verstimmung der Kernresonanzen bewirkende Mittel zumindest die beiden in Joch- und Schenkelrichtung symmetrisch gelegenen und die beiden in Jochrichtung symmetrischen, aber in der Schenkelrichtung unsymmetrischen tiefsten Eigenformen des Kerns so weit unterdrückt sind, daß die ihnen entsprechenden erzwungenen Ausschlagsamplituden so klein sind gegenüber den unvermeidlichen Ausschlagsamplituden der doppelten Netzfrequenz, daß sie akustisch störend nicht mehr in Erscheinung treten.These critical resonance frequencies of the core can be determined according to the Avoid the invention by using suitable, known per se detuning the means causing nuclear resonance at least the two in the yoke and leg direction symmetrically located and the two symmetrical in the yoke direction, but in the Leg direction asymmetrical deepest eigenmodes of the core suppressed so far are that the forced deflection amplitudes corresponding to them are so small compared to the inevitable amplitudes of the double network frequency that they no longer appear acoustically disruptive.

Geeignete Mittel zur Verstimmung der Kernresonanzen sind z. B. Veränderungen der Verhältnisse mittlerer Jochlänge zu mittlerer Schenkellänge, Jochquerschnitt zu Schenkelquerschnitt und jochträgheitsmoment zu Schenkelträgheitsmoment bzw. eine Kombination dieser Einzelmaßnahmen. Die Trägheitsmomente der Joche und Schenkel lassen sich ganz wesentlich durch Anordnung der Kühlkanäle beeinflussen. Ferner kann man eine Verstimmung durch Änderung der Jochlänge oder der Schenkellänge allein vornehmen. Diese letzteren Mittel sind deshalb ganz besonders wirksam, weil sich eine Änderung der Joch- bzw. Schenkellänge quadratisch in der Einzellänge bemerkbar macht. Zudem ist eine derartige Änderung technisch konstruktiv durchzuführen, ohne die elektromagnetischen Eigenschaften des Transformators in unzulässiger Weise zu beeinflussen. Ein weiteres geeignetes Mittel zur Verstimmung ist die starre bzw. federnde Ankopplung zusätzlicher Massen an den Kern an geeigneten Stellen der Joche bzw. der Schenkel sowie eine örtliche Änderung des äquatorialen Trägheitsmomentes der aktiven Teile, die etwa durch Einschneiden oder Aussparungen der Kernbleche erzielt werden kann. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen läßt sich leicht erkennen, wenn man die in Fig. 1 dargestellte äquivalente magnetostriktive Kraftverteilung auf äquivalente symmetrische Kraftverteilungen relativ zu den Symmetrieachsen des Kerns zurückführt. Dabei kann man sich aus Symmetriegründen auf die Betrachtung einer Kernhälfte, z. B. der oberen, beschränken. In der Schenkelrichtung ergibt sich dann eine Ersatzkraftverteilung nach Fig.3. In der Jochrichtung erhält man eine Ersatzkraftverteilung nach Fig. 4.Suitable means for detuning the nuclear resonance are, for. B. Changes the ratios of mean yoke length to mean leg length, yoke cross-section to leg cross-section and yoke moment of inertia to leg moment of inertia or a Combination of these individual measures. The moments of inertia of the yokes and legs can be significantly influenced by the arrangement of the cooling channels. Further you can get a detuning by changing the yoke length or the leg length alone make. These latter remedies are particularly effective because they are a change in the yoke or leg length squared in the individual length is noticeable power. In addition, such a change must be carried out from a technical design point of view, without the electromagnetic properties of the transformer in an impermissible manner influence. Another suitable means of detuning is the rigid or resilient coupling of additional masses to the core at suitable points on the yokes or the legs as well as a local change in the equatorial moment of inertia of the active parts, for example by cutting into or recesses in the core sheets can be achieved. The effectiveness of these measures can easily be seen if one considers the equivalent magnetostrictive force distribution shown in FIG to equivalent symmetrical Force distributions relative to the axes of symmetry of the core. For reasons of symmetry, one can rely on the consideration a core half, e.g. B. the upper limit. In the leg direction results Then there is an equivalent force distribution according to Fig. 3. In the yoke direction one obtains an equivalent force distribution according to FIG. 4.

Die Einzelkräfte werden als symmetrische Kraftkomponenten bezeichnet. Ihnen entsprechen bestimmte, einfach zu überblickende Längsverformungen. So liefert die Ersatzkraft Pst nach Fig. 3 eine Längsdehnung in der Schenkelrichtung, Pss eine symmetrische Biegeverformung, symmetrisch zur Schenkelrichtung und zur Jochrichtung und Psu eine zur Schenkelrichtung unsymmetrische, aber zur Jochrichtung symmetrische Biegeverformung. Die Ersatzkraft Pli nach Fig. 4 ergibt eine Verschiebung des Kerns als Ganzes, die Ersatzkraft Pp eine symmetrische Dehnung in der Jochrichtung und die Ersatzkraft Pp, eine unsymmetrische Dehnung und Stauchung des Kerns sowie eine Verschiebung des Kerns als Ganzes. Diese Verformungen des Kerns, die mit der doppelten Netzfrequenz erfolgen, sind als unvermeidlich anzusehen. Sie können nur geändert werden, wenn es den Hüttenwerken gelingt, die magnetostriktiven Eigenschaften der Bleche so zu beeinflussen, daß die maximale magnetostriktive Dehnung geringer wird.The individual forces are called symmetrical force components. They correspond to certain longitudinal deformations that are easy to survey. So delivers the substitute force Pst according to FIG. 3 a longitudinal expansion in the leg direction, Pss a symmetrical bending deformation, symmetrical to the leg direction and to the yoke direction and Psu one which is asymmetrical in relation to the direction of the legs but which is symmetrical in relation to the direction of the yoke Bending deformation. The substitute force Pli according to FIG. 4 results in a displacement of the core as a whole, the substitute force Pp is a symmetrical elongation in the yoke direction and the equivalent force Pp, an asymmetrical expansion and compression of the core and a Displacement of the core as a whole. These deformations of the core that with double Mains frequency are to be regarded as unavoidable. You can only change it if the smelters succeed, the magnetostrictive properties of the To influence sheets so that the maximum magnetostrictive strain is lower.

Überlagert man alle symmetrischen Verformungsanteile, so erhält man eine symmetrische Verformung des Kerns, wie sie Fig. 5 zeigt, überlagert man dagegen alle unsymmetrischen Einzelverformungen, so ergibt sich eine unsymmetrische Biegeverformung gemäß Fig.6. Diese Bilder treten auf, wenn die Verformungen ihren höchsten Wert annehmen. Die symmetrischen und die unsymmetrischen Höchstwerte treten dabei mit einer zeitlichen Phasenverschiebung von 90° auf. Wie den vorstehenden Darlegungen zu entnehmen ist, handelt es sich bei den durch die Fig. 5 und 6 gekennzeichneten Biegeverformungen des Kerns um die unvermeidlichen Biegeverformungen des Kerns.If one superimposes all symmetrical deformation components, one obtains a symmetrical deformation of the core, as shown in FIG. 5, is superimposed on the other hand all asymmetrical individual deformations, this results in an asymmetrical bending deformation according to Fig. 6. These images occur when the deformations are at their highest accept. The symmetrical and the asymmetrical maximum values come with it a time phase shift of 90 °. As the previous statements can be seen, it is in the case of those identified by FIGS. 5 and 6 Bending deformations of the core around the inevitable bending deformations of the core.

Auf Grund ihrer räumlichen Verteilung können die magnetostriktiven Kräfte auch im dynamischen Fall nur Verformungen ausbilden, die bezüglich der Jochrichtung symmetrisch sind.Due to their spatial distribution, the magnetostrictive Forces, even in the dynamic case, only form deformations that relate to the yoke direction are symmetrical.

Fig. 7 zeigt eine zur Schenkelrichtung unsymmetrische und zur Jochrichtung symmetrische mögliche Verformung und Fig. 8 eine zur Schenkel- und zur Jochrichtung symmetrische Verformung des Kerns. Es muß nun durch die obenerwähnten Mittel vermieden werden, daß derartige Verformungen im Resonanzfall auftreten oder, mit anderen Worten, daß die diesen Verformungsbildern entsprechenden Resonanzfrequenzen mit einem Vielfachen der doppelten Netzfrequenz zusammenfallen oder so dicht benachbart sind, daß noch eine genügende Resonanzüberhöhung eintritt. Erfahrungsgemäß genügt es dabei, einen Bereich von etwa 5 bis 8 % der betreffenden Resonanzen nach beiden Seiten um die jeweilige Eigenfrequenz zu vermeiden.FIG. 7 shows a possible deformation which is asymmetrical to the leg direction and symmetrical to the yoke direction, and FIG. 8 shows a deformation of the core which is symmetrical to the leg direction and to the yoke direction. It must now be avoided by the above-mentioned means that such deformations occur in the case of resonance or, in other words, that the resonance frequencies corresponding to these deformation patterns coincide with a multiple of twice the mains frequency or are so closely adjacent that a sufficient resonance increase occurs. Experience has shown that it is sufficient to avoid a range of around 5 to 8% of the relevant resonances on both sides around the respective natural frequency.

Eine Einsicht in den Mechanismus dieser überlagerten und vermeidbaren Schwingungsformen erhält man durch Betrachtung der dynamischen Verhältnisse eines nach Fig. 8 schwingenden Kerns. In diesem Fall ist die obere Jochmitte als eingespannt anzunehmen, während die linke Schenkelmitte parallel geführt ist. Die linke obere Ecke ist bei einem als zugsteif angenommenen Kern drehbar gestützt. Die Vernachlässigung der Längsverformung wird in dem hier angegebenen Beispiel nur aus Gründen der Einfachheit vorausgesetzt. Bei Berücksichtigung der Zugsteife erhält man nur unwesentliche Änderungen der Randbedingungen. Man kann bekanntlich gekoppelte Systeme immer dann für sich getrennt berechnen, wenn die den einzelnen Schwingungskomponenten entsprechenden Eigenfrequenzen weit auseinander liegen (Fall der schwachen Kopplung). Mit den bekannten Maxwell-Ansätzen Y (z) = A (C.ojr z -E- cos.Q z) -f- B «::j SZ z - cos.Q z) -f- C (ZittQ z -f- sin.Q z) -E- D (SittP z - SittQ z) für die im stationären Fall auftretenden dynamischen Amplituden ergibt sich dann unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen eine Frequenzgleichung von der Form wobei ist. Aus dieser Frequenzgleichung, in der nur die Verhältnisse von Joch- und Schenkelträgheitsmoment auftreten, ist (P, a) der sogenannte Eigenwert. Mit Hilfe dieses Eigenwertes ergibt sich dann die zugehörige Eigenbiegefrequenz zu: wobei c die Schallgeschwindigkeit für Längswellen im Transformatorblech bedeutet. Das heißt, bei Kenntnis der interessierenden Eigenwerte eines entsprechend dimensionierten Kerns kann man auf Grund der obigen Frequenzgleichung die Größen a, F1, J1, b: a, F1 : F3 und J1 : J3 immer so wählen, daß die Frequenzgleichung für eine Eigenfrequenz mit passendem Resonanzabstand erfüllt ist. Verfeinerungen durch Berücksichtigung der Trägheit der Massenelemente, des Schubes auf die Biegelinie bzw. starr oder federnd angekoppelter örtlicher Zusatzmassen sowie örtlicher Veränderungen der Querschnitte und der Trägheitsmomente lassen sich bei Verwendung elektronischer Rechengeräte ohne weiteres in die Frequenzgleichung ohne Schwierigkeiten mit einprogrammieren, desgleichen die Einflüsse der als schlappe Masse mitschwingenden Wicklung, der mitschwingenden Mediummasse des Öls und der Kesselwand. Wesentlich ist dabei, daß bereits kleine und technisch vertretbare Änderungen der hier auftretenden Kenngrößen eine schwingungstechnisch ausreichende Verstimmung ermöglichen. Beispielsweise bewirkt eine Änderung der mittleren halben Jochlänge um 3 cm bei einem Joch mit einer mittleren Jochlänge von 1 m eine Änderung der Resonanzfrequenz um 3 °/o. Solche Änderungen sind mit Rücksicht auf die elektromagnetischen Verhältnisse und auch aus wirtschaftlichen Gründen ohne weiteres möglich.An insight into the mechanism of these superimposed and avoidable forms of oscillation can be obtained by considering the dynamic relationships of a core oscillating according to FIG. In this case, the upper center of the yoke is assumed to be clamped, while the left center of the leg is guided in parallel. The upper left corner is rotatably supported in a core that is assumed to be tensile stiff. The neglect of the longitudinal deformation is assumed in the example given here only for the sake of simplicity. If the tensile stiffness is taken into account, only insignificant changes in the boundary conditions are obtained. As is well known, coupled systems can always be calculated separately if the natural frequencies corresponding to the individual vibration components are far apart (case of weak coupling). With the well-known Maxwell approaches Y (z) = A (C.ojr z -E- cos.Q z) -f- B «:: j SZ z - cos.Q z) -f- C (ZittQ z -f - sin.Q z) -E- D (SittP z - SittQ z) for the dynamic amplitudes that occur in the stationary case, a frequency equation of the form then results, taking these boundary conditions into account whereby is. From this frequency equation, in which only the proportions of the yoke and leg moment of inertia occur, (P, a) is the so-called eigenvalue. With the help of this eigenvalue, the associated self-bending frequency is obtained as: where c is the speed of sound for longitudinal waves in the transformer sheet. This means that if the eigenvalues of interest of a correspondingly dimensioned core are known, the quantities a, F1, J1, b: a, F1: F3 and J1: J3 can always be selected on the basis of the above frequency equation so that the frequency equation for a natural frequency with a suitable Resonance distance is fulfilled. Refinements by taking into account the inertia of the mass elements, the thrust on the bending line or rigidly or resiliently coupled additional local masses as well as local changes in the cross-sections and the moments of inertia can easily be programmed into the frequency equation with the use of electronic computing devices, as can the influences of the as slack mass of the oscillating winding, the oscillating medium mass of the oil and the boiler wall. It is essential that even small and technically justifiable changes in the parameters occurring here enable sufficient detuning in terms of vibrations. For example, a change in the mean half yoke length by 3 cm in the case of a yoke with a mean yoke length of 1 m causes a change in the resonance frequency by 3%. Such changes are easily possible with consideration of the electromagnetic conditions and also for economic reasons.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Quiet three-phase transformer with in through its construction-related eigenmodes of a vibrating core, characterized in that that by suitable, known per se, cause a detuning of the nuclear resonance Means at least the two symmetrically located in the yoke and leg direction and the two symmetrical in the yoke direction but asymmetrical in the leg direction deepest eigenmodes of the core are suppressed to such an extent that the corresponding ones forced deflection amplitudes are so small compared to the inevitable deflection amplitudes double the mains frequency so that it is no longer acoustically disruptive step.

2. Transformer according to claim 1, characterized in that the detuning of the nuclear resonance by changing the ratio of mean yoke length to mean Leg length takes place.

3. Transformer according to claim 1, characterized in that that the resonance detuning by changing the yoke cross-section ratio to leg cross-section is effected.

4. Transformer according to claim 1, characterized in that that the resonance detuning by varying the ratio yoke moment of inertia to leg moment of inertia is achieved.

5. Transformer according to claim 1 and 4, characterized in that the yoke and / or leg moment of inertia by incisions and / or recesses in the core sheets is changed.

6. Transformer according to claim 1, 4 and 5, characterized in that the equatorial yoke and / or leg moment of inertia influenced by a suitable arrangement of cooling channels in the active part of the transformer will.

7. Transformer according to claim 1, characterized in that the resonance detuning takes place by rigid or resilient coupling of additional masses. B.

transformer according to claim 1, characterized in that a detuning of the nuclear resonances is effected by combinations of the measures according to claims 2 to 7.

9. Transformer according to claim 1 to 8, characterized in that a detuning of the nuclear resonance is made taking into account the resonant mass of the winding, the oil and the boiler. Considered publications German Patent Nos. 893211, 862032; German Auslegeschrift No. 1039 621; R. Küchler: Die Transformatoren, Berlin, 1956, pp. 306 to 311; "Elektrotechnik" magazine, Würzburg, 1958, issue 10, pp. 57 to 59; Magazine: »Bulletin Oerlikon«, No. 324, 1957, p.72 / 73.