CH658928A5 - Transformator mit steuerbarer ausgangsspannung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, dessen Ausgangsspannung steuerbar ist und der eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und einen diese Wicklungen tragenden Kern aufweist.

Bei Transformatoren ist die an der Sekundärwicklung abgegriffene Ausgangsspannung normalerweise proportional zu der an die Primärwicklung angelegten Eingangsspannung. Infolge belastungsabhängiger Verluste sinkt aber dieses Spannungsverhältnis bei zunehmender Belastung. Mit Hilfe eines magnetischen Streupfades zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung kann diese Belastungsabhängigkeit beeinflusst werden.

Durch Anwendung sogenannter Stelltransformatoren kann das Windungszahlenverhältnis zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung und damit das Übersetzungsverhältnis verändert und so die Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung verstellt werden. Eine ähnliche Beeinflussung der Ausgangsspannung erhält man durch Verwendung eines Transduktors oder durch halbleitergesteuerte Schaltnetzteile.

Diese bekannten Möglichkeiten der Ausgangsspannungssteuerung eines Transformators sind aufwendig und wirtschaftlich nur bei verhältnismässig geringen Leistungen und Spannungen einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator zu schaffen, dessen Ausgangsspannung auf einfache Weise steuerbar sein soll und der auch für höhere Leistungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dem abhängigen Patentanspruch zu entnehmen.

Die Erfindung ist auf einphasige und mehrphasige Transformatoren anwendbar und beruht auf der Erkenntnis, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Transformators mit Hilfe eines magnetischen Nebenschlusses beeinflusst werden kann, welcher bewirkt, dass je nach Wunsch ein grösserer oder kleinerer Teil des von der Primärwicklung erzeugten Wechselflusses die Sekundärwicklung durchsetzt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter bezug auf drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung schematisch eine Ausführungsform des Kerns des erfindungsgemässen Transformators,

Fig. 2 den mit Primärwicklung, Sekundärwicklung sowie Steuerwicklungen versehenen Kern von Fig. 1, der der bes-5 seren Übersichtlichkeit halber teilweise weggeschnitten ist und

Fig. 3 eine Kennlinie des erfindungsgemässen Transformators, die den Zusammenhang zwischen der Ausgangsleistung und dem Steuergleichstrom zeigt.

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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Transformators besitzt gemäss Fig. 1 einen aus Ferrit-E-Kernen zusammengesetzten Kern. Die beiden E-Kerne 1 und 2 bilden den Hauptkern des Transfor-ls mators, in welchen der von den E-Kernen 3 und 4 gebildete Steuerkern eingeschoben ist. Der Steuerkern 3,4 bildet einen in sich geschlossenen magnetischen Kreis, der symmetrisch zu beiden Seiten des Hauptkerns 1,2 angeordnet ist.

Wie aus Fig. 2 zu entnehmen, befindet sich auf dem Mittel-20 Schenkel des E-Kerns 2 und somit auf der einen Seite des Steuerkerns 3,4 eine Primärwicklung 5 und auf dem Mittelschenkel des E-Kerns 1 und damit auf der anderen Seite des Steuerkerns 3,4 eine Sekundärwicklung 6. Die schmalen E-Kerne 3 und 4 sind mit den Stirnflächen ihrer freien 25 Schenkelenden gegeneinander gestossen, und die beiden E-Kerne 1 und 2 beidseitig auf den so gebildeten Steuerkern 3,4 aufgesetzt, wie deutlich aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht. Auf dem Mittelschenkel des E-Kerns 3 befindet sich eine Steuerwicklung 8, auf demjenigen des E-Kerns 4 eine Steuer-30 wicklung 7. Diese Steuerwicklungen können beispielsweise in Reihenschaltung an eine Steuerstromquelle angeschlossen werden und sind so bemessen und gepolt, dass sich die in ihnen induzierten Spannungen gegenseitig aufheben.

Wird die Primärwicklung 5 an eine Wechselstromquelle 35 angelegt, dann wird in der Sekundärwicklung 6 des Transformators nahezu keine Spannung induziert, wenn die Steuerwicklungen 7 und 8 stromlos sind. Der von der Primärwicklung herrührende Wechselfluss teilt sich im wesentlichen auf die E-Kerne 3 und 4 des Steuerkerns auf, die gegenüber dem 40 E-Kern 2 einen magnetischen Nebenschluss relativ geringen magnetischen Widerstands darstellen. Wenn die beiden Steuerwicklungen 7 und 8 entsprechend bemessen sind, dass in ihnen gleiche Spannungen induziert werden, und sie mit richtiger Polung in Reihe geschaltet werden, dann heben sich 45 diese beiden Spannungen auf, so dass die induzierte Gesamtspannung praktisch Null wird.

Werden die Steuerwicklungen 7,8 mit einem Steuerstrom, beispielsweise einem Gleichstrom beaufschlagt, dann erhöht sich der magnetische Widerstand des von dem Steuerkern 3, so 4 dargestellten magnetischen Nebenschlusses, so dass ein grösserer Anteil des von der Primärwicklung erzeugten Wechselflusses die Sekundärwicklung 6 durchsetzt. Dadurch tritt an der Sekundärwicklung eine Spannung auf bzw.

erhöht sich die in der Sekundärwicklung induzierte Span-55 nung. Durch Einstellung des Steuergleichstroms kann somit jede gewünschte Spannung oder Leistung an der Sekundärwicklung eingestellt werden.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Sekundär- bzw. Ausgangsleistung des Transformators vom Steuergleichstrom für 60 den Fall eines erfindungsgemäss aufgebauten Ferrit-Transformators, der über einen Transistorwechselrichter aus einer Batterie mit einer Betriebsfrequenz von 25 kHz gespeist wird. Die übertragene Leistung kann verlustarm eingestellt werden. Im Beispielsfalle war der Transistorwechselrichter 65 für eine maximale Leistung von 100 Watt ausgelegt, und die notwendige Steuerleistung betrug etwa 1 bis 2% der übertragenen Gesamtleistung. Mit Hilfe bekannter elektronischer Schaltmittel kann die Ausgangsspannung oder die Ausgangs

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leistung beliebig gesteuert werden. Durch Eingabe entsprechender niederfrequenter, sinusförmiger Steuerimpulse in die Steuerwicklungen des Transformators konnte beispielsweise bei einem mit 25 kHz schwingenden Wechselrichter eine Ausgangsfrequenz von 50 Hz mit nahezu sinusförmiger Kurvenform erzeugt werden.

Die beiden Teile des Steuerkerns sind im dargestellten Beispiel im Bereich zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet, so dass der Hauptkern des Transformators zweckmässigerweise in der Mitte getrennt ist. Ist jedoch nur ein begrenzter Steuerbereich erforderlich, so wird man vorteilhafterweise einen Teil von etwa 80 bis 90% der Primärwicklung mit der Sekundärwicklung oder einen entsprechenden Teil der Sekundärwicklung mit der Primärwicklung fest koppeln und den restlichen Teil, also beispielsweise 10 bis 20% durch den steuerbaren magnetischen Nebenschluss in Form des Steuerkerns trennen.

Bei einem Dreiphasentransformator ist sinngemäss der magnetische Nebenschluss dreifach am Hauptkern des

Transformators angeordnet. Dieses erfindungsgemässe Prinzip lässt sich vorteilhafterweise auch bei Spartransformatoren anwenden.

Der erfindungsgemässe Transformator ist für beliebige s Leistungen und Betriebsfrequenzen anwendbar. Bei entsprechend hoher Betriebsfrequenz lässt sich der erfindungsgemässe Transformator auch als Verstärker einsetzen. Bei Transformatoren mit Schnittbandkernen bzw. solchen mit kornorientierten Blechen ist darauf zu achten, dass die io beiden seitlich eingeschobenen Eisenpakete des Steuerkerns aus Materialien bestehen, die keine bevorzugte Magnetisierungsrichtung aufweisen.

Beim erfindungsgemässen Transformator sind der Steuerkreis und der Leistungskreis vollkommen galvanisch i5 getrennt, und es ist mit einer verhältnismässig geringen Gleichstromleistung eine beliebig exakte Regelung der Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsleistung möglich, so dass dieser Transformator besonders für Anwendungen im Hoch-spannungs- sowie Bahnbetrieb geeignet ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

658 928 PATENTANSPRÜCHE

1. Transformator, dessen Ausgangsspannung steuerbar ist, umfassend eine Primärwicklung (15), eine Sekundärwicklung (6) und einen diese Wicklungen tragenden Kern, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des Transformators einen die Primärwicklung (5) und die Sekundärwicklung (6) tragenden Hauptkern (1,2) und einen mit einer Steuerwicklung (7,8) versehenen Steuerkern (3,4) umfasst, der zwischen wenigstens einem Teil der Primärwicklung (5) und wenigstens einem Teil der Sekundärwicklung (6) als steuerbarer magnetischer Nebenschluss an den Hauptkern (1,2) angeschlossen ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkern (3,4) symmetrisch zu beiden Seiten des Hauptkerns (1,2) angeordnet ist und auf beiden Seiten je eine Steuerwicklung (7, 8) trägt, die in Reihenschaltung an eine Steuerstromquelle angeschlossen und so ausgebildet und gewickelt sind, dass die in ihnen jeweils induzierten Spannungen sich gegenseitig aufheben.