DE2227772A1

DE2227772A1 - Transformator

Info

Publication number: DE2227772A1
Application number: DE19722227772
Authority: DE
Inventors: Peter Dundee Angus Schottland Duncan (Grossbritannien)
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1971-06-19
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1972-12-21
Also published as: GB1325938A; IT958357B; FR2142993B1; DE2227772B2; FR2142993A1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71,

Melchiorstr. 42 6. Juni 1972

Unser Zeichen: A 12 473

FERRANTI LIMITED Hollinwood-Lancashlre

England

Transformator

Die Erfindung betrifft elektrische Transformatoren, inabesondere solche für gewichtsmäßig leichte Umformer mit geringer Welligkeit zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom.

Umformer dieser Art werden häufig in Flugzeugen zur Gleichstrom" Versorgung verwendet. Die Größe und das Gewicht dieser Anlagen sind daher von großer Wichtigkeit. Um beides möglichst klein zu halten, wird die Windungszahl des Transformators so gering wie ,möglich gehalten, soweit dies bei der erforderlichen Netzspannung zulässig ist. Dies macht jedoch die Einstellung des Windungsverhältnisses zur Steuerung der Ausgangsspannung schwierig. Bei einem Umformer mit niedriger Welligkeit werden außerdem gewöhrüch Kondensatoren und Induktoren zur Glättung verwendet, wodurch die Größe und das Gewicht des Umformers erhöht werden.

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Es ist bei Hochleistungsumformern zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom bekannt, an Stelle von Geräten zur Glättung ein Mehrphasenwechselstromsystem zu verwenden, durch das ein Netzwerk von Gleichrichtern gespeist wird, wobei gewöhnlich zwölf Phasen verwendet werden. Es gibt verschiedene Arten zur Erzeugung von zwölf-phasigem Wechselstrom aus einer Dreiphasen-Stromquelle, beispielsweise mit Hilfe eines Dreiphasen-Transformators, der zwei Gruppen von Sekundärwicklungen hat. Eine Gruppe der Sekundärwicklungen ist dreieckgeschaltet, während die andere Gruppe sterngeschaltet ist. Für jede Gruppe der Sekundärwicklungen wird ein Dreiphasen-Gleichrichter verwendet und der Ausgang der beiden Gleichrichter kann über eine Ausgleichsdrossel zwecks gleichzeitigen Betriebes angeschlossen werden. Die Ausgänge der einen Gruppe der Sekundärwicklungen sind 30° außer Phase mit den Ausgängen der anderen Gruppe der Sekundärwicklungen und die vollständige Gleichrichtung ergibt einen effektiven Zwölf-Phasenausgang mit sehr geringer Welligkeit.

Ein Problem bei dieser bekannten Anlage liegt darin, daß der Spannungsausgang der beiden Gleichrichter im wesentlichen genau gleich sein muß, da jede Differenz zu einer ungleichen Verteilung des Gesamtbelastungsstromes führt, was eine Beschädigung einer Gruppe der Sekundärwicklungen zur Folge haben kann. Bei Hochleistungsaniagen, bei denen die Größe und das Gewicht ohne Bedeutung sind, kann in den Primärwicklungen und in den Sekundärwicklungen eiae ausr©icheßde Anzahl von Windungen verwendet werden, um den erforderlichen Spannungsausgleich zu erreichen, indem einige Windungen bei einer Gruppe der Wicklungen hinzugefügt oder weggenommen werden« Esi Flugzeugen, bei denen Größe und Gewicht der elektriseiies? Anlagen eine große Rolle spielen, ist dies jedoch auf3&eüi men angeführten Gründen nicht möglich.

Der ISr^iMung üsgfc daher die Aufgabe zugrunde«, einen elektrischen TmFiSformat©? elor vorgenannten Art zu schaffen, der die vorstehend

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aufgeführten Nachteile vermeidet.

Bei einem elektrischen Transformator zur Verwendung mit einem Dreiphasen-Eingang, der drei Primärwicklungen, eine Gruppe von drei dreieckgeschalteten Sekundärwicklungen und eine Gruppe von drei sterngeschalteten Sekundärwicklungen aufweist, wird dies gemäß der Erfindung erreicht durch eine Einrichtung zum Abgleichen der Ausgangsspannungen der dreieckgeschalteten und der sterngeschalteten Sekundärwicklungen, ferner durch eine Einrichtung zum Verändern der magnetischen Kopplung zwischen jeder Primärwicklung und einer ihrer beiden zugeordneten Sekundärwicklungen«

Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zum Verändern der magnetischen Kopplung einen magnetischen Nebenschluß der zwischen jeder Primärwicklung und der entsprechenden Sekundärwicklung angeordnet ist.

Eine beispielsweise AusfUhrungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Flg. 1 eine Schaltung eines Umformers zur Umformung von Wechsel-* strom in Gleichstrom in einem Flugzeug zeigt, der einen Transformator nach der Erfindung verwendet.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemaöen Transformator.

In Fig. 1 hat ein dreiphasiger Transformator 10 einen Kern Il und drei Primärwicklungen 12A, 12B, 12C. Die drei Wicklungen sind sterngeschaltet an eine Dreiphasen-Dreidraht-Spannungsquelle angeschlossen. Eine erste Gruppe von drei Sekundärwicklungen 13A, 13B und 13C ist dreieckgeschaltet und die Verbindungspunkte sind an die Kathoden von drei Gleichrichterdioden 14 und an die Anoden von drei Gleichrichterdioden 15 gelegt, wie dargestellt. Eine zweite Gruppe von drei Sekundärwicklungen 16A, 16B und 16C ist sterngeschaltet und die äußeren Enden der Wicklungen sind an die

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Kathoden von drei Gleichrichterdioden 17 und an die Anoden von drei Gleichrichterdioden 18 gelegt.

Die Anoden der Gleichrichterdioden 14 und 17 sind zusammen und an die negative Ausgangsklenune geschaltet. Die Kathoden der Dioden 15 sind zusammengeschaltet und an eine Seite einer Ausgleichsdrossel 19 gelegt. In gleicher Weise sind die Kathoden der Dioden 18 zusammengeschaltet und an die andere Seite der Ausgleichsdrossel gelegt. Eine Mittelabzapfung an der Drossel ist mit der positiven Ausgangsklemme verbunden.

Die Schaltung nach Fig. 1 führt jedoch bei der Verwendung im Energiesystem eines Flugzeuges zu Schwierigkeiten. Die normale Wechselspannung in einem Flugzeug liegt bei 200 Volt und 400 Hz, während eine typische Ausgangsgleichspannung in der Größenordnung von 25 Volt liegt bei Strömen im Bereich von etwa 100 bis etwa 500 Ampere. Ein Transformator kann nun beispielsweise unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Wicklungsanordnung aufgebaut werden. Wenn beispielsweise jede der dreieckgeschalteten Sekundärwicklungen zwölf Windungen hat, um die erforderliche Ausgangsspannung zu liefern 30 müßte jede der sterngeschalteten Sekundärwicklungen 6,93 Windungen haben, um dieselbe Ausgangsspannung abzugeben. Dies ist nicht erreichbar, da die Anzahl der Windungen nur auf die nächste ganze Zahl gelegt werden kann. Bereits sieben Windungen würden eine zu hohe Spannung ergeben und eine beträchtliche Strom-Ungleichheit bei voller Belastung hervorrufen.

Da nun das Windungsverhältnis nicht genau eingestellt werden kann, sind andere Einrichtungen zur Steuerung der Sekundär-Ausgangsspannung von einer der beiden Gruppen von SekundSrwindungen erforderlich.

Fig. 2 zeigt einen Transformator mit derartigen Einrichtungen.

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Der Transformator 10 ist auf einen ferromagnetischen Kern 11 mit drei Schenkeln gewickelt. Auf jeden Schenkel ist zuerst eine der Sekundärwicklungen gewickelt, z.B. die Gruppe der dreieckgeschalteten Wicklungen 13. Diese sind in Fig. 2 nicht sichtbar. Ober
jede dieser Sekundärwicklungen ist eine Primärwicklung 12 gewickelt. Schließlich 1st über jede Primärwicklung eine Sekundärwicklung der 3ternge3chalteten Gruppe von Wicklungen 16. Vor dem Aufwickeln der zweiten Sekundärwicklung auf die Primärwicklung
wird über einem Teil jeder Primärwicklung parallel zu den Schenkeln des Kerns 11 ein magnetischer Nebenschluß 20 angeordnet, der aus einem Stapel aus Streifen aus ferromagnetischem Material besteht. Der Nebenschluß 20 wird durch die über ihn gewickelte
Sekundärwicklung an Ort und Stelle gehalten.

Aufgrund dieser Wicklungstechnik ist die magnetische Kopplung
zwischen den Primärwicklungen und den zuerst aufgewickelten Sekundärwicklungen nur durch die Ausbildung der Wicklungen des Kerns bestimmt. Der Ausgang der dreieckgeschalteten Sekundärwicklungen ist hierdurch direkt auf die Primärspannung bezogen. Infolge der magnetischen Nebenschlüsse wird ein Teil des Flusses, der sonst
die Primärwicklungen mit den äußeren Sekundärwicklungen verketten würde, umgelenkt, weshalb die Spannung dieser Sekundärwicklungen kleiner ist als es sonst der Fall wäre. Wenn daher eine Sekundärwicklung 16 mit sieben Windungen verwendet wird, kann die Streuung des Nebenschlusses so eingestellt werden, daß die Ausgangsspannung der sterngeschalteten Sekundärwicklung gleich der Ausgangespannung der dreieckgeschalteten Sekundärwicklung ist.

Vorzugsweise wird hierbei die Anzahl der Streifen, die für jeden Nebenschluß erforderlich sind, durch Versuche bestimmt. Es kann
jedoch auch jeder Nebenschluß einstellbar ausgebildet werden, indem Mittel zum Verschieben des Nebenschlusses vorgesehen werden.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß die

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Spannung der dreieckgeschalteten Sekundärwicklungen die richtige ist. Es ist jedoch in gleicher Welse möglich, die Ausgangsspannungen der sterngeschalteten Wicklungen als feststehend zu nehmen und die Ausgangsspannung der dreieckgeschalteten Wicklungen einzustellen. In diesem Fall werden die sterngeschalteten Sekundärwicklungen unter die Primärwicklungen gewickelt, da die Nebenschlüsse nur die Wicklungen über den Primärwicklungen beeinflussen. Die Primärwicklungen selbst können, falls erforderlich, auch dreieckgeschaltet sein.

Der auf diese Weise erreichte Spannungsabgleich ist nur für eine gegebene Größe des Belastungsstromes vollständig exakt. Erfolgt der Abgleich jedoch bei maximalem Beiastungsstrom, so hat irgendeine Ungleichheit, die aufgrund eines geringeren Stromes entsteht, nicht die Folge, daß in irgendeiner der Wicklungen ein Strom fließt der größer ist als der maximale Nennstrom, weshalb Schäden oder Beschädigungen ausgeschaltet sind. Die zulässige Ungleichheit zwischen den Spannungsausgängan der beiden Gruppen von Sekundärwindungen bei maximaler Strombelastung liegt unter 1%.

Der Nebenschluß kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus kornorientiertem Stahl, der für Transformatorkerne verwendet wird, oder auch aus anderen ferromagnetischen Materialien wie z.3. Ferriten.

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Claims

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Ansprüche

Transformator zur Verwendung mit einem dreiphasigen Eingang, der drei Primärwicklungen, ferner drei dreieckgeschaltete Sekundärwicklungen und drei sterngeschaltete Sekundärwicklungen aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abstimmen der Ausgangsspannungen der dreieckgeschalteten und der sterngeschalteten Sekundärwicklungen sowie durch eine Einrichtung zum Verändern der magnetischen Kopplung zwischen jeder Primärwicklung und einer der ihr zugeordneten Sekundärwicklungen.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekenn ,zeich net, daß jede Primärwicklung zwischen je einer Sekundärwicklung der beiden Gruppen von Sekundärwicklungen angeordnet ist.
3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Veränderung der magnetischen Kopplung einen magnetischen Nebenschluß (20) aufweist, dsr zwischen jeder Primärwicklung (12) und ihrer zugeordneten Sekundärwicklung (16) angeordnet ist.
4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß jeder magnetische Nebenschluß (20) aus einem Stapel aus Streifen aus ferromagnetische™ Material besteht.
5. Transformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke des magnetischen Nebenschlusses veränderbar ist.

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6. Transformator für eine Gleichstromquelle mit geringer Welligkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch sechs Gleichrichter (14, 17) von denen jeder mit derselben Polarität zwischen einem Ende von jeweils einer der sechs Sekundärwicklungen (13, 16) und einem gemeinsamen Punkt liegt, ferner durch drei Gleichrichter (15), von denen jeder mit entgegengesetzter Polarität zwischen einem Ende der drei dreieckgeschalteten Sekundärwicklungen (13) und einem Anschluß einer Ausgleichsdrossel (19) liegt, sowie drei Gleichrichtern (18), von denen jeder mit dieser Polarität zwischen jeweils einem Ende der drei sterngeschalteten Sekundärwicklungen (16) und dem anderen Anschluß der Ausgleichsdrossel (19) liegt, wobei der Ausgang zwischen dem gemeinsamen Punkt und einer Mittelanzapfung der Ausgleichsdrossel (19) abnehmbar ist.

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