DE19960474B4

DE19960474B4 - transformer

Info

Publication number: DE19960474B4
Application number: DE1999160474
Authority: DE
Inventors: O. Dr. Neubauer
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: DE19960474A1

Abstract

Transformator zur Entkopplung von zwei Stromkreisen mit einer ersten Wicklung (A) und einer zweiten Wicklung (B), wobei die erste und die zweite Wicklung (A, B) jeweils mit einem eingeprägten Strom mit vorbestimmter Stromstärke und vorbestimmter Frequenz arbeiten, wobei die erste und die zweite Wicklung (A, B) gleich ausgebildet und symmetrisch zueinander und derart ineinandergreifend angeordnet sind, dass die Windungen der ersten und der zweiten Spule abwechselnd aufeinanderfolgen, wobei die zweite Wicklung (B) in Bezug zur Raumlage der ersten Wicklung (A) um zwei Achsen jeweils um 180° gekippt ist.Transformer for decoupling two circuits with a first winding (A) and a second winding (B), the first and the second winding (A, B) each working with an impressed current with a predetermined current intensity and a predetermined frequency, the first and the second winding (A, B) is of identical design and is arranged symmetrically with respect to one another and in such a manner that the windings of the first and second coils alternate with one another, the second winding (B) being two in relation to the spatial position of the first winding (A) Axes are each tilted by 180 °.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Transformator zur Entkoppelung von zwei Stromkreisen, der in einer ersten und zweiten Wicklung jeweils mit einem eingeprägten Strom mit höherer Stromstärke mit mittleren Frequenzen und unterschiedlicher Phasenlage arbeitet.The present application relates a transformer for decoupling two circuits, the in a first and second winding each with an impressed current with higher amperage works with medium frequencies and different phase positions.

Geeignete Wicklungen für hohe Ströme mittlerer Frequenzen bestehen in der Regel aus breiten dünnen Blechen. Für eine geringe Koppelinduktivität bei zu erwartenden hohen Verlusten im Eisenkern bietet sich als konkrete Ausführungsform des Standes der Technik ein Lufttransformator an. Übliche Wicklungsanordnungen bei einem solchen Lufttransformator sind bei radialer Anordnung der Wicklungen unsymmetrisch oder haben bei axialer Anordnung der Wicklungen eine hohe Streuung.Suitable windings for high currents of medium Frequencies generally consist of wide thin sheets. For a minor Coupling inductance at the high losses to be expected in the iron core are concrete embodiment of the prior art to an air transformer. Usual winding arrangements in such an air transformer are in a radial arrangement of the windings are asymmetrical or have an axial arrangement of the Windings a high spread.

Die DE 197 39 962 C2 beschreibt eine planare gekoppelte Spulenanordnung, bei der die Spulen mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind, so dass eine gegenseitige Verschiebung der Spulen zueinander nicht möglich ist. Die beiden Spulen sind so angeordnet, dass die Enden der zwei Spulen benachbart sind.The DE 197 39 962 C2 describes a planar coupled coil arrangement in which the coils are connected to one another with connecting elements, so that mutual displacement of the coils to one another is not possible. The two coils are arranged so that the ends of the two coils are adjacent.

Die DE 16 38 883 A beschreibt einen Drehtransformator bei dem eine Spule auf einem Kern in Ring oder Torusform fest montiert ist, und bei dem eine andere Spule an einem zur ersten Spule beweglichen Arm befestigt ist, so dass durch die Bewegung des Arms der Abstand der beweglichen von der feststehenden Spule verändert werden kann.The DE 16 38 883 A describes a rotary transformer in which a coil is fixedly mounted on a core in a ring or torus shape, and in which another coil is attached to an arm movable to the first coil, so that the movement of the arm changes the distance of the movable from the fixed coil can be.

Die AT 370 910 C beschreibt einen Lufttransformator mit zwei konzentrischen gegeneinander axial verschiebbaren Spulen.The AT 370 910 C. describes an air transformer with two concentric coils axially displaceable against each other.

Zur Entkopplung von zwei Stromkreisen in speziellen Anwendungen, zum Beispiel zur Entkopplung von zwei Stromkreisen der Stromrichteranlage DED für das Fusionsexperiment TEXTOR-94, wird ein Transformator benötigt, der in beiden Wicklungen mit eingeprägtem Strom von bis zu 10 kA, Frequenzen von 50 Hz bis 10 kHz und unterschiedlicher Phasenlage arbeitet. Ein solcher Transformator soll über eine Übertragungsleistung im Bereich von Megawatt verfügen.For decoupling two circuits in special applications, for example to decouple two Circuits of the DED converter system for the TEXTOR-94 fusion experiment, a transformer is needed the one in both windings with impressed current of up to 10 kA, Frequencies from 50 Hz to 10 kHz and different phase positions is working. Such a transformer should have a transmission power in the range of megawatts.

Mit Transformatoren, wie zum Beispiel Lufttransformatoren des Standes der Technik, sind solche Übertragungsleistungen aufgrund der Anordnung der Wicklungen nicht zu erreichen.With transformers, such as Air transformers of the prior art are such transmission powers cannot be reached due to the arrangement of the windings.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Transformator zur Entkopplung von zwei Stromkreisen zu schaffen, der bei höheren Strömen und mittleren Frequenzen und unterschiedlicher Phasenlage mit geringer Streuung und niedrigen Verlusten arbeitet.The object of the present invention therefore consists of a transformer for decoupling two To create circuits that operate at higher currents and medium frequencies and different phase positions with low scatter and low Losses works.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Transformator eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung aufweist, wobei die erste und die zweite Wicklung jeweils mit einem eingeprägten Strom mit vorbestimmter Stromstärke und vorbestimmter Frequenz arbeiten, wobei die erste Wicklung und die zweite Wicklung gleich ausgebildet und symmetrisch zueinander und derart ineinandergreifend angeordnet sind, dass die Windungen der ersten und der zweiten Spule abwechselnd aufeinanderfolgen, wobei die zweite Wicklung in Bezug zur Raumlage der ersten Wicklung um zwei Achsen jeweils um 180° gekippt ist.The object is achieved in that the transformer has a first winding and a second winding, the first and second windings each having an impressed current with a predetermined current and predetermined frequency operate, the first winding and the second winding is identical and symmetrical to each other and are arranged so that they interlock so that the turns the first and the second coil alternate in succession, the second winding in relation to the spatial position of the first winding tilted 180 ° around two axes is.

Aus einer absolut symmetrischen Kopplung im Bereich von einigen μH liegt bei geringer Streuung und niedrigen Verlusten die Übertragungsleistung des erfindungsgemäßen Transformators bei einigen Megawatt.From an absolutely symmetrical coupling in the Range of a few μH With low scatter and low losses, the transmission power of the transformer according to the invention at a few megawatts.

Die exakte Symmetrie der Spulen zueinander wird durch die jeweilige Raumlage der beiden Spulen derart bestimmt, dass eine Spule in Bezug zur Raumlage der anderen Spule um zwei Achsen gekippt ist. Das Ineinandergreifen der beiden Spulen in einer solchen jeweiligen Raumlage sorgt für eine sehr gute Kopplung.The exact symmetry of the coils to each other is determined by the respective spatial position of the two coils in such a way that one coil in relation to the spatial position of the other coil by two Axes is tilted. The interlocking of the two coils in one such a particular location ensures a very good coupling.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention will described below with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Draufsicht auf einen Transformator gemäß vorliegender Erfindung mit zwei ineinander greifenden, symmetrisch angeordneten Spulen; 1 a schematic plan view of a transformer according to the present invention with two interlocking, symmetrically arranged coils;

2 eine schematische Detailansicht eines Anfangs A1 der ersten Spule und eines Endes B2 der zweiten Spule unter Angabe einer Verschiebungsrichtung zur Einstellung eines Koppelfaktors. 2 is a schematic detailed view of a start A1 of the first coil and an end B2 of the second coil, specifying a direction of displacement for setting a coupling factor.

In 1 ist schematisch in Draufsicht ein Transformator 1 dargestellt, der eine erste Spule A und eine zweite Spule B aufweist, deren Wicklungen ineinander greifen, derart dass die beiden Spulen A und B absolut symmetrisch zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus sind beide Spulen A und B auch absolut symmetrisch ausgebildet. Eine Raumlage der Spule B ergibt sich, wenn die Spule A aus ihrer dargestellten Raumlage um zwei Achsen gekippt wird. Der Transformator 1 arbeitet in beiden Wicklungen beziehungsweise beiden Spulen A und B mit einem eingeprägten Strom, der vorzugsweise eine Stärke bis zu etwa 10 kA und Frequenzen von wenigstens bis zu 10 kHz aufweist. Der Transformator 1 kann aber auch mit höheren Stromstärken (> 10 kA) und höheren Frequenzen (> 10 kHz) betrieben werden.In 1 is a schematic top view of a transformer 1 shown, which has a first coil A and a second coil B, the windings of which interlock, so that the two coils A and B are arranged absolutely symmetrically to one another. In addition, both coils A and B are also absolutely symmetrical. A spatial position of the coil B results when the coil A is tilted about two axes from its illustrated spatial position. The transformer 1 works in both windings or both coils A and B with an impressed current, which preferably has a strength of up to about 10 kA and frequencies of at least up to 10 kHz. The transformer 1 can also be operated with higher currents (> 10 kA) and higher frequencies (> 10 kHz).

Ein Anfang A1 der Spule A und ein Ende A2 der Spule A wie auch ein Anfang B1 der Spule B und ein Ende B2 der Spule B sind jeweils benachbart, niederinduktiv aus der Wicklung herausgeführt.A start A1 of the coil A and an end A2 of the coil A as well as a start B1 of the coil B and an end B2 of the coil B are adjacent, never inductively led out of the winding.

Durch eine Verschiebung der Spulen A und B, wie in 2 dargestellt (Doppelpfeil = Verschiebungsrichtung), kann ein Koppelfaktor geändert werden, wobei die Symmetrie erhalten bleibt.By moving the coils A and B as in 2 shown (double arrow = direction of displacement), a coupling factor can be changed while maintaining the symmetry.

Claims

Transformer for decoupling two circuits with a first winding (A) and a second winding (B), wherein the first and the second winding (A, B) each with an impressed current with a predetermined current and predetermined frequency operate, the first and second Winding (A, B) are identical and symmetrical to each other and are arranged in such a way that the turns of the alternate first and second coils, where the second winding (B) in relation to the spatial position of the first winding (A) tilted 180 ° around two axes is.

Transformer according to claim 1, characterized in that a start (A1) of the first winding (A) and an end (A2) of the first winding (A) are arranged adjacent and are led out with low inductance, and a start (B1) of the second winding (B) and an end (B2) of the second winding (B) are arranged adjacent and are led out with low inductance, and that the first and second windings (A, B) are connectionless are arranged side by side and mutually axially displaceable.