DE3221744A1

DE3221744A1 - Transformator mit steuerbarer ausgangsspannung

Info

Publication number: DE3221744A1
Application number: DE19823221744
Authority: DE
Inventors: Peter 7750 Konstanz Geist; Otto Kreutzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Elektra Bahn-Elektronik 7750 Konstanz De GmbH
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE3221744C2; CH658928A5

Description

BESCHREIBUNG:
Transformator mit steuerbarer Ausgangs spannung Ein Transformator besitzt normalerweise die Eigenschaft, dass seine Ausgangs spannung sich proportional mit der Eingangsspannung verändert.
Es ist auch normal, dass die Ausgangsspannung, bzw. die Sekundärspannung des Transformators infolge der belastungsabhängigen Verluste einer fallenden Charakteristik unterliegt. Mit Hilfe eines magnetischen Streupfades, welcher zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung angeordnet ist, kann die Belastungskennlinie besonders beeinflusst, bwz. extrem fallend werden.
Durch die Anwendung eines sogenannten Drehtransformators kann die Ausgangsseite des Transformators feinstufig beliebig verändert werden. Auch durch die Verwendung eines Transduktors oder eines halbleitergesteuerten Schaltnetzteiles können bekannterweise die Spannungen oder Ströme im gewünschten Sinne geregelt werden.
Alle diese bekannten Schaltmöglichkeiten sind aufwendig und nur bis zu sehr begrenzten Leistungen und Spannungen wirtschaftlich anwendbar.
Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrphasigen Transformator mit steuerbarer Ausgangsspannung, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daæ die Primär- und die Sekundär-oder ein Teil der Primär- oder der Sekundärwicklung so nebeneinander angeordnet sind, dass dazwischen, am Kern des Transformators, beidseitig symetrisch je ein geschlossener magnetischer Kreis angeordnet ist, wobei jeder dieser magnetischen Kreise eine Wicklung trägt und deren Polung so getroffen wird, dass deren induzierten Spannungen sich gegenseitig aufheben.
An Hand von Abb. 1 soll im Prinzip der Erfindungsgegenstand an Hand von Ferrit-E Kernen gezeigt werden. Die beiden E-Kerne 1 und 2 bilden den Transformatorkern, wobei dazwischen die beiden Steuerstege 3 und 4 eingeschoben sind.
An Hand von Abb. 2 soll die Wirkungsweise des steuerbaren Transformators erläutert, bzw. gezeigt werden.
Auf dem Kern 2 befindet sich die Primärwicklung 5 und die zweite Kernhälfte 1, die Sekundärwicklung 6. Zwischen diesen beiden E Kernen 1 und 2 wurde ein weiterer schmaler E Kern 3 von der einen Seite und ein zweiter E Kern 4 von der anderen Seite eingeschoben, sodass dieselben sich in der Trafomitte treffen, bzw. schliessen.
Jeder dieser beiden eingeschobenen E Kerne besitzt im mittleren Steg eine Wicklung 7 und 8, welche z.B. in Reihe geschaltet werden und so gepolt sind, dass sich ihre induzierten Spannungen gegenseitig aufheben. Bei eingeschalteter, bzw. gespeister Primärwicklung 5 und stromlosen Steuerwicklungen 7 und 8 ergibt sich in der Sekundärwicklung 6 des Transformators praktisch auch keine Spannung, weil der primäre magnetische Fluss sich ungehindert über die beiden seitlich eingeschobenen E Kerne 3 und 4 ausbreiten, bzw. schliessen kann. In den Steuerwicklungen 7 und 8 bleibt dabei die resultierende Gesamtspannung, infolge der bestimmten Polung praktisch Null.
Schickt man nun einen bestimmten Steuerstrom, z.B. Gleichstrom durch diese in Reihe geschalteten Steuerwicklungen 7 und 8, so verändert sich der magnetische Flussverlauf zu Gunsten der Sekundärwicklung des Transformators. Durch eine entsprechende Einstellung des Steuergleichstromes kann somit jede gewünschte Spannung oder Leistung eingestellt werden.
Abb. 3 zeigt die Abhängigkeit der Sekundär- bzw. Ausgangsleistung zum Steuergleichstrom, wobei der Ferrittransformator z.B. Bestandteil eines Transistorwechselrichters ist, welcher aus einer Batterie gespeist wird. Die Betriebsfrequenz beträgt dabei etwa 25 KHz, wobei die übertragene Leistung verlustarm eingestellt werden kann. Der vorliegende Transistorwechselrichter war für eine maximale Leistung von loo Watt ausgelegt, die notwendige Steuerleistung beträgt dabei etwa 1 bis 2 % der übertragenen Gesamtleistung. Mit Hilfe bekannter elektronischer Schaltmittel kann nun die Ausgangsspannung oder Leistung beliebig beeinflusst, bzw. gesteuert werden. Durch Eingabe entsprechender niederfrequenter, sinusförmiger Steuerimpulse in den Steuerkreis des Transformators konnte z.B.
bei einem Wechselrichter schwingend mit 25 KHz eine Ausgangsfrequenz von 50 Hz bei Mitverwendung entsprechender Schaltmittel erzeugt werden, wobei die Kurvenform nahezu sinusförmig ist.
Die beiden magnetischen Steuerkreise sind im vorliegenden Beispiel im Bereich zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung angeordnet, dass der Trafokern zweckmässigerweise in diesem Fall in der Mitte getrennt ist. Ist jedoch nur ein sehr begrenzter Steuerbereich erforderlich, so wird man vorteilhafterweise einen Teil der Primär- oder Sekundärwicklung, z.B. 80 - 9o % festkoppeln, während die restlichen 10 - 20 % der Primär- oder Sekundärwicklung durch den magnetischen, steuerbaren Kreis getrennt sind.
Beim 3-Phasentransformator ist sinngemäss diese magnetische Steueranordnung 3-fach am Transformatorkern angeordnet. Entsprechend lässt sich diese gefundene Konstruktion und Schaltweise auch bei Spartransformatoren mit grossem Vorteil anwenden.
Die gefundene Transformatorkonstruktion und seine Schaltweise ist für beliebige Leistungsgrössen und Betriebsfrequenzen anwendbar. Bei entsprechend hoher Betriebsfrequenz lässt sich die Erfindung auch als Verstärker verwenden. Für Transformatoren mit Schnittbandkernen, bzw. kornorientierten Blechen, ist darauf zu achten, dass die beiden seitlich eingeschobenen Eisenpakete aus Materialien bestehen, welche keine bevorzugte Magnetisierungsrichtung aufweisen.
Nachdem das gefundene Schaltprinzip vollkommen galvanisch getrennt vom zu steuernden Leistungskreis arbeitet und dabei mit verhältnissmässig kleiner Gleichstromleistung eine beliebig exakte Regelung der Ausgangsspannung, bzw.
Ausgangsleistung gegeben ist, so ist die Anwendung dieses Regelprinzips von besonders grosser Bedeutung im Hochspannungs- und Bahnbetrieb.
Leerseite

Claims

Patentanspruch: Ein- oder mehrphasiger Transformator mit steuerbarer Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-und die Sekundär-,. oder ein Teil der Primär- oder der Sekundärwicklung so nebeneinander angeordnet sind, dass dazwischen, am Kern des Transformators beidseitig symetrisch je ein geschlossener, magnetischer Kreis angeordnet ist, wobei jeder dieser magnetischen Kreise eine Wicklung trägt und deren Polung so getroffen wird, dass deren induzierten Spannungen sich gegenseitig aufheben.