Stromrichter-Transformator Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromrichter-Transformator
mit mindestens zwei Sekundärwicklungen, die parallel auf eine Last arbeiten. Derartige
Transformatoren wurden bereits verwendet, um gegebenenfalls auftretende Kurzschlußströme
zu begrenzen. Dabei wurden Eisenkern und Spulenanordnung so gewählt, daß die Streureaktanz
zwischen Primär- und Sekundärwicklungen möglichst groß ist.Power converter transformer The invention relates to a power converter transformer
with at least two secondary windings working in parallel on a load. Such
Transformers have already been used to control any short-circuit currents that may arise
to limit. The iron core and coil arrangement were chosen so that the leakage reactance
between primary and secondary windings is as large as possible.
Im Gegensatz hierzu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch
den Aufbau des Transformators selbsttätig eine gleichmäßige Stromverteilung auf
die parallelarbeitenden Transformatorwicklungen zu erreichen und zusätzliche Stromverteilungsdrosseln
einzusparen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Sekundärwicklung
eine eigene Primärwicklung zugeordnet und mit- dieses möglichst streuungsfrei gekoppelt
ist, daß die so gebildeten Wicklungsgruppen durch entsprechende Anordnung auf dem
Transformatorkern untereinander möglichst lose gekoppelt sind und daß die Primärwicklungen
so in Serie geschaltet sind, daß sich bei ungleichmäßiger Stromverteilung Streuflüsse
ausbilden, durch die in den Sekundärwicklungen der ungleichmäßigen Stromverteilung
entgegenwirkende Zusatzspannungen induziert werden.In contrast to this, the invention is based on the object by
the structure of the transformer automatically creates a uniform power distribution
the parallel working transformer windings and additional power distribution chokes
to save. This object is achieved according to the invention in that each secondary winding
assigned its own primary winding and coupled with it with as little scatter as possible
is that the winding groups thus formed by appropriate arrangement on the
Transformer cores are coupled as loosely as possible and that the primary windings
are connected in series in such a way that stray fluxes occur in the event of an uneven current distribution
train, due to the uneven distribution of current in the secondary windings
counteracting additional voltages are induced.
Es ist zwar schon ein Transformator mit zwei Schenkeln bekanntgeworden,
der auf jedem Schenkel einen Teil der Primärwicklung und einen Teil der Sekundärwicklung
trägt. Auch sind hierbei die beiden Teile der Primärwicklungen miteinander in Serie
geschaltet. Im Unterschied zur Erfindung soll jedoch durch eine solche Anordnung
lediglich eine einfache stetige Veränderung der Sekundärspannung, nicht jedoch eine
gleichmäßige Verteilung der Sekundärströme auf parallelarbeitende Sekundärwicklungen
erzielt werden. Diese Sekundärwicklungen sind daher hierbei ebenfalls in Serie geschaltet.
Durch einen beweglichen Eisensteg wird das Verhältnis des alle Primär- und Sekundärwicklungen
durchsetzenden Hauptflusses zu dem über den Eisensteg fließenden Streufluß verändert.A transformer with two legs has already become known,
the part of the primary winding and part of the secondary winding on each leg
wearing. The two parts of the primary windings are also in series with one another
switched. In contrast to the invention, however, by such an arrangement
just a simple constant change in the secondary voltage, but not one
Uniform distribution of the secondary currents on secondary windings working in parallel
be achieved. These secondary windings are therefore also connected in series here.
The ratio of all primary and secondary windings is determined by a movable iron bar
The main river passing through it changed to the stray flux flowing over the iron bridge.
Die einfachste Ausführungsform des Erfindungsgedankens bildet ein
Transformator mit einem Kern mit zwei Schenkeln, die beide zwei Wicklungen tragen.
Die Primärwicklungen der beiden Schenkel werden dabei in Serie, die Sekundärwicklungen
parallel geschaltet. Bei umgekehrter Energieflußrichtung arbeiten die parallelgeschalteten
Wicklungen als Primär- und die in Serie geschalteten Wicklungen als Sekundärwicklungen.The simplest embodiment of the inventive concept forms a
Transformer with a core with two legs, both of which carry two windings.
The primary windings of the two legs are in series, the secondary windings
connected in parallel. If the energy flow is reversed, the parallel-connected ones work
Windings as primary and the series-connected windings as secondary windings.
Ein Transformator dieser Art ist in F i g. 1 schematisch dargestellt.
Er besteht aus einem Kern 3 mit den Schenkeln 1 und 2: Der . Schenkel 1 trägt die
Primärwicklung 11 mit der Windungszahl w1 und die Sekundärwicklung 12 mit der Windüngszahl
w2, der Schenkel 2 die Primärwicklung 21 ebenfalls mit der Windungszahl W1 und die
Sekundärwicklung 22 mit der Windungszahl w2. Die Wicklungen sind durch je eine Windung
symbolisiert. Die'Stromflußrichtung ist durch Kreuze bzw. Punkte angedeutet. Die
in Reihe geschalteten Primärwicklungen 11 und 21 werden vön dem -Strom J1, die Sekundärwicklung
12 vom Strom J2 , die Wicklung 22 vom Strom der Größe J2' durchflossen. Auf der
mit einem Kreuz bezeichneten Wicklungsseite fließt der Strom in die Zeichenebene
hinein. Die einzelnen Wicklungen erzeugen Durchflutungen V11, 17122 17211 v22, deren.
Richtung in F i g. 1 durch Pfeile angedeutet ist. Werden die Magnetisierüngsströme
vernachlässigt, also ein Eisen mit unendlich guter - magnetischer Leitfähigkeit
vorausgesetzt, dann muß die Summe dieser Durchflutungen im gesamten Kern Null sein,
da andernfalls bereits eine beliebig kleine verbleibende magnetische Spannung beliebig
hohe Flüsse erzielen würde. Das bedeutet aber nach -dem Induktionsgesetz beliebig
hohe Spannungen: Aus dieser Bedingung ergibt sich folgende - Gleichung: il wi -
J2 w2 - J2" w2 -I- J1 WI = 0 . (1) Daraus folgt: J, W1 - 1/2 W2 - (J2 -I- J2 ')
. (2) Diese Gleichung besagt, daß die primäre Durchflutung J1 w1 immer dem arithmetischen
Mittel der Sekundärströme J2 und J2 " entspricht. Bei einer konstaut
angenommenen
primären Durchflutung würde daher ein Anwachsen von J2' eine gleichzeitige Verkleinerung
von J2' bedeuten. In diesem Falle wäre zwar noch die Durchflutung, bezogen auf den
gesamten Kern, gleich Null, nicht jedoch bezogen auf die Schenkel. Im .Schenkel
1 ergibt sich vielmehr eine resultierende Dnrchflutung Vi, im Schenkel 2 eine resultierende
Durchflutung V2 mit den in F i g. 1., angedeuteten Richtungen (Pfeil). Da diese
Durchflutungen einander entgegengerichtet sind, erzeugen sie Streuflüsse, die sich
in diesem Falle dem Arbeitsfluß im .Schenkel l subtraktiv, im Schenkel 2 additiv
überlagern. Dadurch wird zwangläufig die Spannung der Sekundärwicklung 12 verringert,
die der Wicklung 22 vergrößert. Diese Veränderung der Sekundärspannungen bewirkt
aber eine Verringerung der Differenz der Sekundärströme, so daß diese praktisch
gleich gehalten werden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, zwischen zwei je
mit einer Gruppe bewickelten Schenkeln noch einen zusätzlichen, un-. bewickelten
.Schenkel - wie er in F i g. 1 gestrichelt und mit 4 bezeichnet angedeutet ist -
vorzusehen. Die resultierenden magnetischen Spannungen V1, V2, die bei Differenzen
zwischen den Sekundärströmen J2 und J2' auftreten und dieser Differenz proportional
sind, erzeugen -dann Flüsse, die sich über den uribewickelten Schenkel 4 schließen
können.A transformer of this type is shown in FIG. 1 shown schematically.
It consists of a core 3 with legs 1 and 2: The. Leg 1 carries the
Primary winding 11 with the number of turns w1 and the secondary winding 12 with the number of turns
w2, the leg 2, the primary winding 21 also with the number of turns W1 and the
Secondary winding 22 with the number of turns w2. The windings are through one turn each
symbolizes. The direction of current flow is indicated by crosses or dots. the
Primary windings 11 and 21 connected in series become vön dem -current J1, the secondary winding
12 from the current J2, the winding 22 from the current of the size J2 'flowing through it. On the
the winding side marked with a cross, the current flows into the plane of the drawing
into it. The individual windings generate fluxes V11, 17122 17211 v22, their.
Direction in FIG. 1 is indicated by arrows. Are the magnetizing currents
neglected, so an iron with infinitely good - magnetic conductivity
provided, then the sum of these penetrations in the entire core must be zero,
otherwise an arbitrarily small remaining magnetic voltage arbitrarily
would achieve high rivers. But according to the law of induction, this means arbitrary
high voltages: The following equation results from this condition: il wi -
J2 w2 - J2 "w2 -I- J1 WI = 0. (1) From this it follows: J, W1 - 1/2 W2 - (J2 -I- J2 ')
. (2) This equation says that the primary flow J1 w1 is always the arithmetic
Mean of the secondary currents J2 and J2 "corresponds. With a constaut
assumed
primary flux, therefore, an increase in J2 'would be a simultaneous decrease
of J2 'mean. In this case, the flooding would still be based on the
entire core, equal to zero, but not in relation to the legs. In the thigh
Rather, 1 results in a resulting flooding Vi, in leg 2 a resultant one
Flooding V2 with the in F i g. 1st, indicated directions (arrow). This one
Flows are opposite to each other, they generate stray fluxes that are
In this case, the work flow in .Schenkel l subtractive, in leg 2 additive
overlay. This inevitably reduces the voltage of the secondary winding 12,
that of the winding 22 is enlarged. This causes the change in the secondary voltages
but a reduction in the difference in the secondary currents, making this practical
be kept the same. It may be useful to choose between two each
with a group wrapped thighs an additional, un-. wrapped
.Thigh - as shown in FIG. 1 is indicated by dashed lines and denoted by 4 -
to be provided. The resulting magnetic tensions V1, V2, which are at differences
occur between the secondary currents J2 and J2 'and this difference is proportional
then generate rivers which close over the uri-wound leg 4
can.
Transformatoren gemäß der Erfindung sind besonders geeignet für ruhende
Stromrichter, bei denen also die Energie ausschließlich mit ruhenden Bauelementen
umgeformt wird. Hierzu werden meist steuerbare Ventile, wie Röhren, Transistoren,
Gas= entladungsgefäße oder Thyristoren, verwendet. Meist besitzen solche Stromrichter
einen Transformator, dessen eine Wicklung mit den Wechselspannungsklemmen und -dessen
andere Wicklung über steuerbare Ventile mit den Gleichspannungsklemmen verbunden
sind. Die Leistungsfähigkeit solcher Stromrichter ist vor allem durch die maximal
zulässige Belastbarkeit der steuerbaren Ventile begrenzt. Um größere Leistungen
umformen zu können, ist man daher oft gezwungen, mehrere Ventile parallel zu schalten.
Eine solche Parallelschaltung ist aber besonders bei Thyristoren nicht ohne weiteres
möglich, da die Stromspannungscharakteristik dieser Bauelemente mitunter wesentliche
Unterschiede aufweist. Würden die parallelarbeitenden Thyristoren mit konstanten
gleichen Spannungen gespeist, dann ergibt sich eine ungleichmäßige Stromverteilung,
die eine volle Ausnutzung der beiden Thyristoren praktisch unmöglich macht.Transformers according to the invention are particularly suitable for dormant
Power converters, in which the energy is only generated with static components
is reshaped. Controllable valves such as tubes, transistors,
Gas = discharge vessels or thyristors, used. Most have such power converters
a transformer, one winding of which is connected to the AC voltage terminals and whose
other winding connected to the DC voltage terminals via controllable valves
are. The performance of such converters is mainly due to the maximum
permissible load capacity of the controllable valves is limited. To greater accomplishments
In order to be able to transform, one is therefore often forced to switch several valves in parallel.
Such a parallel connection is not straightforward, especially with thyristors
possible because the voltage characteristics of these components are sometimes essential
Has differences. Would the parallel working thyristors with constant
fed with the same voltages, the result is an uneven current distribution,
which makes full utilization of the two thyristors practically impossible.
Mit Hilfe eines Transformators gemäß der Erfindung läßt sich jedoch
ohne zusätzlichen Aufwand eine praktisch völlig gleichmäßige Stromverteilung auf
die parallelarbeitenden Stromzweige erzielen. Die Sekundärwicklungen werden dabei
über mindestens ein. steuerbares Ventil an die Gleichspannungsklemmen des Stromrichters
parallel angeschlossen, während die Primärwicklungen - in Serie geschaltet -mit
den Wechselstromklemmen verbunden sind.. Für Zweiwegschaltungen werden die Sekundärwicklungen
mit Mittelanzapfungen ausgeführt, die an die eine Gleichstromklemme angeschlossen
sind,- während die beiden äußeren Anschlüsse der Sekundärwicklungen über je ein
steuerbares Ventil mit der anderen Gleichstromklemme verbunden sind.With the help of a transformer according to the invention, however, can
practically completely uniform power distribution without additional effort
achieve the parallel working branches. The secondary windings are thereby
about at least one. controllable valve to the DC voltage terminals of the converter
connected in parallel, while the primary windings - connected in series - with
are connected to the AC terminals. For two-way circuits, the secondary windings
executed with center taps, which are connected to the one direct current terminal
are, - while the two outer connections of the secondary windings each have one
controllable valve are connected to the other DC terminal.
In F i g. 2 ist als Beispiel ein Stromrichter mit Thyristoren 41,
42, 43, 44 dargestellt, der mit einem Transformator 1 gemäß der Erfindung arbeitet.
Die Primärwicklungen 11, 21 sind in Serie geschaltet und an die Wechselspannungsklemmen
31, 32 des Stromrichters angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 12, 22 tragen Mittelanzapfungen,
die mit der Gleichstromklemme 51 verbunden sind. Die äußeren Anschlüsse der Sekundärwicklung
12 sind über die Thyristoren 41, 42, die äußeren Anschlüsse der Primärwicklung 22
über die Thyristoren 43, 44 an die andere Gleichstromklemme 52 angeschlossen. Die
CSffnungszeiten der Thyristoren 41 bis 44 sowie ihr Arbeitstakt werden durch einen
gemeinsamen Steuersatz 6 bestimmt. Die Wicklungen 11, 12, 21, 22 des Transformators
1 sind in der in Fig1 angedeuteten Weise auf dem Transformatorkern angebracht.In Fig. 2 shows as an example a converter with thyristors 41, 42, 43, 44 which works with a transformer 1 according to the invention. The primary windings 11, 21 are connected in series and connected to the AC voltage terminals 31, 32 of the converter. The secondary windings 12, 22 have center taps which are connected to the direct current terminal 51. The external connections of the secondary winding 12 are connected to the other direct current terminal 52 via the thyristors 41, 42, and the external connections of the primary winding 22 via the thyristors 43, 44. The opening times of the thyristors 41 to 44 and their work cycle are determined by a common tax rate 6. The windings 11, 12, 21, 22 of the transformer 1 are attached to the transformer core in the manner indicated in FIG.
Während der einen Halbperiode wird beispielsweise der Thyristor 41
vom. Strom.J2 , der Thyristor: 43 vom. Strom J2' durchflossen. Der Primärstrom in
den Primärwicklungen 11, 21 hat gleichzeitig die Größe J1. Wird beispielsweise bei
Gleichrichterbetrieb J2 größer als J2 ', dann steigt, wie an Hand der F i g. 1 erläutert,
.automatisch die Spannung an der Sekundärwicklung 22, während die Spannung an der
Wicklung 12 im gleichen -Maße abnimmt: Der Arbeitspunkt im J-U-Kenniinienfeld des
Thyristors 43 verlagert sich nach rechts, der Arbeitspunkt des Thyristors 41 nach
links. Dadurch nimmt zwangläufig der Strom durch den Thyristor 41 ab und der durch
den Thyristor 43 zu.During the one half cycle, for example, the thyristor 41
from the. Strom.J2, the thyristor: 43 from. Current J2 'flowed through. The primary current in
the primary windings 11, 21 is also of size J1. For example, if
Rectifier operation J2 greater than J2 ', then increases, as shown in FIG. 1 explains
. Automatically the voltage on the secondary winding 22, while the voltage on the
Winding 12 decreases to the same extent: The working point in the J-U characteristic field of the
Thyristor 43 shifts to the right, the operating point of thyristor 41 to
Left. As a result, the current through the thyristor 41 inevitably decreases and the through
the thyristor 43 to.
Für sehr große Leistungen können auch mehrere Stromrichtereinheiten
nach F i g. 2 verwendet werden. Die Einheiten werden dann wechselspannungsseitig
in Serie; gleichspannungsseitig parallel geschaltet. Auch mehrphasige Stromrichter
-lassen sich mit den Einheiten nach F i g. 2 aufbauen. Die Primärwicklungen werden
dann in Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden und die Gleichstromausgänge
parallel geschaltet. Dabei können auch je Strang mehrere Einheiten verwendet werden,
deren Primärwicklungen in Serie geschaltet werden.Several converter units can also be used for very high outputs
according to FIG. 2 can be used. The units are then on the AC voltage side
in series; Connected in parallel on the DC voltage side. Also multi-phase converters
-can be combined with the units according to FIG. 2 build up. The primary windings are
then connected to each other in star or delta connection and the DC outputs
connected in parallel. Several units can be used per line,
whose primary windings are connected in series.
Die in F i g. 2 gezeichnete Anordnung kann als Gleichrichter oder
als Wechselrichter - auch im Eintaktbetrieb - arbeiten. Im Wechselrichterbetrieb
sind - wie gestrichelt angedeutet - Löschkondensatoren zu den Sekundärwicklungen
parallel zu schalten. Weitere schaltungstechnische Einzelheiten soleher Stromrichter
wurden in F i g. 2 weggelassen, so= weit sie für das Verständnis der grundsätzlichen
Arbeitsweise der Erfindung nicht erforderlich sind.The in F i g. 2 drawn arrangement can be used as a rectifier or
work as an inverter - even in single-cycle operation. In inverter operation
are - as indicated by dashed lines - quenching capacitors for the secondary windings
to connect in parallel. Further circuit details of such power converters
were shown in FIG. 2 omitted as far as it is necessary for the understanding of the fundamental
Operation of the invention are not required.