DE102020212257A1

DE102020212257A1 - transformer

Info

Publication number: DE102020212257A1
Application number: DE102020212257.1A
Authority: DE
Inventors: Bruno Bosnjak; Grigori Danilov; Adrian Volk
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-03-31
Also published as: WO2022069185A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transformator (1), umfassend mehrere Außenwände (2), wobei mindestens eine der Außenwände (2) pyramidenartige Strukturen (3) aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen (3) gebildet ist.The invention relates to a transformer (1) comprising a plurality of outer walls (2), at least one of the outer walls (2) having pyramid-like structures (3) or being formed from pyramid-like structures (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator gemäß Anspruch 1.The invention relates to a transformer according to claim 1.

Leistungstransformatoren und -reaktoren (im Folgenden als Transformatoren bezeichnet) emittieren im Betrieb Geräusche in die nähere Umgebung und unterliegen Regelungen hinsichtlich erlaubter Geräuschemissionen. Von einem Transformator emittierte Geräusche unterliegen immer einer bestimmten Toleranz und hängen von Materialeigenschaften, Verarbeitung und Toleranzen der Teile des Transformators ab.Power transformers and reactors (hereinafter referred to as transformers) emit noise into the immediate vicinity during operation and are subject to regulations regarding permitted noise emissions. Noise emitted by a transformer is always subject to a certain tolerance and depends on material properties, processing and tolerances of the parts of the transformer.

Herkömmliche isolierflüssigkeitsgefüllte Transformatoren, beispielsweise Öltransformatoren, weisen einen Kessel mit im Wesentlichen rechteckigem, achteckigem oder rundem Querschnitt oder einer Kombination dieser Formen auf. Der Magnetkern und die Wicklungen (Aktivteil) vibrieren infolge von Magnetostriktion, magnetischen Kräften und Lorentzkräften und diese mechanischen Schwingungen werden über das Öl und die Stützelemente / Stützkonstruktion des Aktivteils, die am Deckel des Kessels, den Seitenwänden oder dem Boden des Kessels befestigt sind, auf den Kessel übertragen. Die mechanischen Schwingungen des Kessels werden an die Umgebung in Form von Luftschall abgestrahlt, welcher in der Nähe des Transformators gemessen werden kann. Das Geräuschspektrum umfasst die Primärkomponente, das Doppelte der anregenden Grundfrequenz und höhere geradzahlige Harmonische davon bei Sinusanregung und ungeradzahlige und geradzahlige Harmonische bei Sinusanregung mit einem Gleichspannungsanteil, was einen verbreiteten Betriebsfall darstellt.Conventional transformers filled with insulating liquid, for example oil-filled transformers, have a tank with a substantially rectangular, octagonal or round cross-section or a combination of these shapes. The magnetic core and windings (active part) vibrate as a result of magnetostriction, magnetic forces and Lorentz forces, and these mechanical vibrations are transmitted through the oil and the supporting elements / supporting structure of the active part, which are attached to the lid of the kettle, the side walls or the bottom of the kettle transfer the boiler. The mechanical vibrations of the boiler are radiated to the environment in the form of airborne noise, which can be measured near the transformer. The noise spectrum includes the primary component, twice the exciting fundamental frequency and higher even harmonics thereof for sine excitation and odd and even harmonics for sine excitation with a DC component, which is a common operating case.

US 8 235 169 B2 , EP 3 065 129 A1 , US 4 215 763 A , US 4 514 714 A , DE 10 2015 215 454 A1 und US 3 232 715 A beschreiben Lösungen zur Reduktion von Vibrationen von Transformatoren, bei denen zusätzliche Teile am Transformator angebracht werden. U.S. 8,235,169 B2 , EP 3 065 129 A1 , U.S. 4,215,763 A , U.S.A. 4,514,714 , DE 10 2015 215 454 A1 and U.S. 3,232,715 A describe solutions for reducing vibrations in transformers, in which additional parts are attached to the transformer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Transformator anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved transformer.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Transformator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a transformer having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Transformator umfasst mehrere Außenwände, wobei mindestens eine der Außenwände pyramidenartige, insbesondere pyramidenförmige Strukturen aufweist oder aus pyramidenartigen, insbesondere pyramidenförmigen Strukturen gebildet ist.A transformer according to the invention comprises a plurality of outer walls, at least one of the outer walls having pyramid-like, in particular pyramid-shaped structures or being formed from pyramid-like, in particular pyramid-shaped structures.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, die Geräuschemission des Transformators zu verringern und so auf kostengünstige und materialsparende Weise die Geräuschemissionen an die Kundenerfordernisse und/oder an gesetzliche Erfordernisse anzupassen. Insbesondere werden durch die erfindungsgemäße Lösung mechanische Schwingungen eines durch die Außenwände gebildeten Kessels verringert. Dies führt zu einer geringeren Schallabstrahlung.The solution according to the invention makes it possible to reduce the noise emissions of the transformer and thus to adapt the noise emissions to customer requirements and/or to legal requirements in a cost-effective and material-saving manner. In particular, mechanical vibrations of a boiler formed by the outer walls are reduced by the solution according to the invention. This leads to less sound radiation.

In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen so dimensioniert, dass Eigenfrequenzen des Transformators von einer durch den Betrieb des Transformators bedingten Anregungsfrequenz und/oder mindestens einer Harmonischen der Anregungsfrequenz weg verschoben werden.In one embodiment, the pyramid-like structures are dimensioned in such a way that natural frequencies of the transformer are shifted away from an excitation frequency caused by the operation of the transformer and/or at least one harmonic of the excitation frequency.

In einer Ausführungsform weisen die pyramidenartigen Strukturen Winkel auf, die so dimensioniert sind, dass eine destruktive Schallinterferenz in einem bestimmten Bereich der Umgebung des Transformators hervorgerufen wird.In one embodiment, the pyramid-like structures have angles that are sized to cause destructive sound interference in a specific area surrounding the transformer.

In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen so dimensioniert, dass konstruktive Interferenzbereiche, die von einer der pyramidenartigen Strukturen oder einer Platte mit solchen pyramidenartigen Strukturen herrühren, mit den konstruktiven Interferenzbereichen, die von einer anderen der vibrierenden pyramidenartigen Strukturen oder einer anderen Platte mit solchen pyramidenartigen Strukturen herrühren, zusammentreffen, so dass diese sich gegenseitig auslöschen.In one embodiment, the pyramid-like structures are dimensioned such that constructive interference areas originating from one of the pyramid-like structures or a plate with such pyramid-like structures with the constructive interference areas originating from another of the vibrating pyramid-like structures or another plate with such pyramid-like structures come together, so that they cancel each other out.

In einer Ausführungsform bilden die Außenwände einen Kessel. Der Transformator kann so als ein isolierflüssigkeitsgefüllter Transformator, insbesondere Öltransformator, betrieben werden.In one embodiment, the outer walls form a kettle. The transformer can thus be operated as an insulating liquid-filled transformer, in particular an oil-immersed transformer.

In einer Ausführungsform ist mindestens eine der Außenwände, die pyramidenartige Strukturen aufweist oder aus pyramidenartigen Strukturen gebildet ist, als eine Seitenwand oder als ein Boden oder eine Decke des Transformators ausgebildet.In one embodiment, at least one of the outer walls, which has pyramid-like structures or is formed from pyramid-like structures, is designed as a side wall or as a bottom or a top of the transformer.

In einer Ausführungsform sind die pyramidenartigen Strukturen als Teil der Außenwände oder als daran angeschweißte Strukturen ausgebildet.In one embodiment, the pyramid-like structures are formed as part of the outer walls or as structures welded to them.

In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände Versteifungselemente ausgebildet, wobei die pyramidenartigen Strukturen an den Versteifungselementen ausgebildet sind.In one embodiment, stiffening elements are formed on at least one of the outer walls, with the pyramid-like structures being formed on the stiffening elements.

In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände Versteifungselemente ausgebildet, wobei die pyramidenartigen Strukturen zwischen und/oder neben den Versteifungselementen ausgebildet sind.In one embodiment, stiffening elements are formed on at least one of the outer walls, with the pyramid-like structures being formed between and/or next to the stiffening elements.

In einer Ausführungsform sind an mindestens einer der Außenwände aus den pyramidenartigen Strukturen Versteifungselemente ausgebildet.In one embodiment, stiffening elements are formed from the pyramid-like structures on at least one of the outer walls.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Transformators,
2 eine weitere schematische Ansicht des Transformators, und
3 eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Transformators.

The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with the drawings. show:

1 a schematic view of an exemplary embodiment of a transformer,
2 another schematic view of the transformer, and
3 a schematic view of another exemplary embodiment of a transformer.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the figures.

Die 1 und 2 zeigen schematische Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform eines Transformators 1.the 1 and 2 show schematic views of an exemplary embodiment of a transformer 1.

Der Transformator 1 weist Außenwände 2, insbesondere Seitenwände auf. Im Inneren des Transformators können ein oder mehrere Wicklungen, Eisenkerne, Magnetkerne etc. vorgesehen sein die von einer Isolierflüssigkeit, beispielsweise einem Öl umgeben sind. Die Außenwände 2 bilden einen Kessel, um die Isolierflüssigkeit zurückzuhalten.The transformer 1 has outer walls 2, in particular side walls. One or more windings, iron cores, magnetic cores, etc. can be provided inside the transformer, which are surrounded by an insulating liquid, for example oil. The outer walls 2 form a tank to retain the insulating liquid.

Ein oder mehrere der Außenwände 2 weisen pyramidenartige Strukturen 3 auf oder sind aus solchen pyramidenartigen Strukturen 3 gebildet. Die pyramidenartigen Strukturen 3 sind so dimensioniert, dass die Eigenfrequenzen der metallischen Strukturen des Transformators 1 von der Anregungsfrequenz und einigen der anschließenden höheren Harmonischen der Anregungsfrequenz weg verschoben werden, um mechanische Resonanzeffekte zu vermeiden.One or more of the outer walls 2 have pyramid-like structures 3 or are formed from such pyramid-like structures 3 . The pyramid-like structures 3 are dimensioned in such a way that the natural frequencies of the metallic structures of the transformer 1 are shifted away from the excitation frequency and some of the subsequent higher harmonics of the excitation frequency in order to avoid mechanical resonance effects.

Infolge der zusätzlichen Masse der pyramidenartigen Strukturen 3 wird als zweites ein Dämpfungseffekt im niedrigen Frequenzbereich erzielt, da die Geräusche des Transformators im massedominierten Bereich des Geräuschspektrums liegen.As a result of the additional mass of the pyramid-like structures 3, a damping effect is achieved in the low frequency range, since the noise of the transformer is in the mass-dominated range of the noise spectrum.

Ein dritter Effekt besteht darin, dass die Winkel der pyramidenartigen Strukturen 3 so dimensioniert sind, dass eine destruktive Schallinterferenz in einem bestimmten Bereich der Umgebung des Transformators 1 hervorgerufen wird.A third effect is that the angles of the pyramid-like structures 3 are dimensioned in such a way that destructive sound interference is caused in a certain area around the transformer 1 .

Die pyramidenartigen Strukturen 3 können so dimensioniert sein, dass konstruktive Interferenzbereiche, die von einer der pyramidenartigen Strukturen 3 oder einer Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur 3 herrühren, mit den konstruktiven Interferenzbereichen, die von einer anderen der vibrierenden pyramidenartigen Strukturen 3 oder einer anderen Seitenfläche einer solchen pyramidenartigen Struktur 3 herrühren, zusammentreffen, so dass diese sich gegenseitig auslöschen, um eine Geräuschreduktion im gewünschten Bereich zu erzeugen.The pyramid-like structures 3 can be dimensioned such that constructive interference areas originating from one of the pyramid-like structures 3 or a side surface of such a pyramid-like structure 3 with the constructive interference areas originating from another of the vibrating pyramid-like structures 3 or another side surface of such originate pyramid-like structure 3, meet so that they cancel each other out to produce a noise reduction in the desired area.

Anders als bei bekannten Lösungen, bei denen zusätzliche Komponenten am Kessel befestigt werden, kann bei Einsatz der pyramidenartigen Strukturen 3 als Teil der Außenwände 2 oder als daran angeschweißte Strukturen auf zusätzliche Komponenten verzichtet werden. Auf diese Weise ergeben sich Kostenvorteile. Zusätzlich am Kessel befestigte Komponenten, beispielsweise Dämmpanele oder ein Dämmhaus, wie im Stand der Technik bekannt, können bei manchen Betreibern unzulässig sein oder infolge von Transportbeschränkungen (Bahnprofil, Brücken, etc.) dazu führen, dass der Transformator nicht gebaut werden kann, während dies mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich ist.In contrast to known solutions, in which additional components are attached to the boiler, additional components can be dispensed with when the pyramid-like structures 3 are used as part of the outer walls 2 or as structures welded onto them. This results in cost advantages. Additional components attached to the boiler, such as insulation panels or an insulation house, as known in the prior art, may be prohibited by some operators or, due to transport restrictions (rail profile, bridges, etc.), may mean that the transformer cannot be built while this is possible with the solution according to the invention.

In den 1 und 2 sind die pyramidenartigen Strukturen 3 an Versteifungselementen 4 der Außenwände 2 ausgebildet, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander an jeweils einem Versteifungselement 4 angeordnet sind.In the 1 and 2 the pyramid-like structures 3 are formed on stiffening elements 4 of the outer walls 2, for example in such a way that several of the pyramid-like structures 3 are arranged one above the other on one stiffening element 4 each.

3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Transformators 1, der in ähnlicher Weise gebildet ist wie der Transformator 1 gemäß den 1 und 2. Anders als in den 1 und 2 sind in der Ausführungsform gemäß 3 die pyramidenartigen Strukturen 3 jedoch zwischen und/oder neben Versteifungselementen 4 der Außenwände 2 ausgebildet, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander neben einem Versteifungselement 4 oder zwischen zwei Versteifungselementen 4 angeordnet sind. 3 FIG. 1 shows a schematic view of a further exemplary embodiment of a transformer 1, which is formed in a similar manner to the transformer 1 according to FIGS 1 and 2 . Unlike in the 1 and 2 are in accordance with the embodiment 3 However, the pyramid-like structures 3 are formed between and/or next to stiffening elements 4 of the outer walls 2, for example in such a way that several of the pyramid-like structures 3 are arranged one above the other next to a stiffening element 4 or between two stiffening elements 4.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen können die Versteifungselemente 4 aus den pyramidenartigen Strukturen 3 gebildet sein, beispielsweise so, dass mehrere der pyramidenartigen Strukturen 3 übereinander oder nebeneinander jeweils ein Versteifungselement 4 bilden oder sich zwischen zwei Versteifungselementen befinden. Ebenso können ein oder mehrere der Außenwände 2 gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet sein, während ein oder mehrere weitere Außenwände 2 gemäß einer anderen der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet sind.In further, non-illustrated embodiments, the stiffening elements 4 can be formed from the pyramid-like structures 3, for example in such a way that several of the pyramid-like structures 3 each form or form a stiffening element 4 one above the other or next to one another located between two stiffening elements. Likewise, one or more of the outer walls 2 can be designed according to one of the aforementioned embodiments, while one or more further outer walls 2 are designed according to another of the aforementioned embodiments.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by means of preferred exemplary embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11: Transformatortransformer
22: Außenwandouter wall
33: pyramidenartige Strukturpyramidal structure
44: Versteifungselementstiffening element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 8235169 B2 [0004]
EP 3065129 A1 [0004]
US4215763A [0004]
US4514714A [0004]
DE 102015215454 A1 [0004]
US3232715A [0004]

Claims

Transformer (1) comprising a plurality of outer walls (2), at least one of the outer walls (2) having pyramid-like structures (3) or being formed from pyramid-like structures (3).

Transformer (1) after claim 1 , the pyramid-like structures (3) being dimensioned such that natural frequencies of the transformer (1) are shifted away from an excitation frequency caused by the operation of the transformer (1) and/or at least one harmonic of the excitation frequency.

Transformer (1) according to one of Claims 1 or 2 , the pyramid-like structures (3) having angles dimensioned to cause destructive sound interference in a specific area surrounding the transformer.

Transformer (1) according to any one of the preceding claims, wherein the pyramidal structures (3) are dimensioned such that constructive interference areas originating from one of the pyramidal structures (3) or a side surface of such pyramidal structure (3) with the constructive interference areas , which originate from another of the vibrating pyramid-like structures (3) or from another side surface of such a pyramid-like structure (3), meet so that they cancel each other out.

Transformer (1) according to one of the preceding claims, in which the outer walls (2) form a tank.

Transformer (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the outer walls (2), which has pyramid-like structures (3) or is formed from pyramid-like structures (3), is designed as a side wall.

Transformer (1) according to one of the preceding claims, in which the pyramid-like structures (3) are formed as part of the outer walls (2) or as structures welded thereto.

Transformer (1) according to one of the preceding claims, wherein stiffening elements (4) are formed on at least one of the outer walls (2), the pyramid-like structures (3) being formed on the stiffening elements (4).

Transformer (1) according to one of the preceding claims, wherein stiffening elements (4) are formed on at least one of the outer walls (2), the pyramid-like structures (3) being formed between and/or next to the stiffening elements (4).

Transformer (1) according to one of the preceding claims, wherein stiffening elements (4) are formed from the pyramid-like structures (3) on at least one of the outer walls (2).