DE602005002955T2

DE602005002955T2 - Autotransformator mit 40-grad-phasenverschiebung

Info

Publication number: DE602005002955T2
Application number: DE602005002955T
Authority: DE
Inventors: Christophe Bruzy; Francis Blanchery; Gerard Monroy
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: EP1759397A1; FR2870039B1; EP1759397B1; ES2294690T3; US20080130320A1; US7474188B2; FR2870039A1; WO2005109457A1; DE602005002955D1

Description

Die Erfindung betrifft die Autotransformatoren, die insbesondere für die Umwandlung von Wechselstromelektrizität (AC) in Gleichstromelektrizität (DC) verwendet werden.
Die Wechselstrom-/Gleichstrom-Umwandlung ausgehend von einem Dreiphasenversorgungs-Netzstrom verwendet Gleichrichterbrücken; theoretisch würde eine Brücke von zweimal drei Dioden genügen, um die Gleichrichtung eines Dreiphasenstroms in einen Gleichstrom durchzuführen; in der Praxis erzeugt aber die Verwendung einer einzigen Brücke, die von dem Dreiphasennetz gespeist wird, einen Gleichstrom, der eine zu große Restschwingung aufweist, die für viele Anwendungen nicht akzeptabel ist. Außerdem bewirkt die Gleichrichtung eine Rückführung von Strömen in das Netz, wobei diese Ströme Frequenzen haben, die Harmonische der Frequenz des Versorgungswechselstroms sind. Diese Rückführungen von Harmonischen sind nicht akzeptabel, da sie zu groß sind.
Um die Restwelligkeiten des Gleichstroms und die in das Netz rückgeführten Harmonischen zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, die Anzahl von Phasen des Versorgungsstroms und die Anzahl von Gleichrichterbrücken zu erhöhen. So kann man typischerweise das Dreiphasensystem, dessen drei Phasen einen Abstand von 120° haben, in ein System mit neun Phasen umwandeln, die einen Abstand von 40° haben, was als ein System von drei Dreiphasennetzes mit einer Verschiebung von 40° zueinander angesehen werden kann. Es werden drei Brücken von sechs Dioden verwendet, wobei jede Brücke von einem dieser Netze versorgt wird. Diese AC/DC-Wandler mit achtzehn Dioden werden auch Wandler mit 18 Impulsen genannt. Die Restwelligkeiten werden gering, die Rückführungen von Harmonischen auch.
Die neun Phasen werden ausgehend von Transformatoren erzeugt. Es können Autotransformatoren verwendet werden, um das Gewicht und den Platzbedarf zu verringern, wenn es keinen Isolierzwang zwischen den Potentialen auf der Seite des Versorgungsnetzes und den Potentialen auf der Seite der Nutzung gibt.
Das Patent US 5,124,904 beschreibt einen Wandler mit 18 Impulsen. Die ausgehend von diesem System mit neun Phasen erhaltene Gleichspannung ist aus verschiedenen Gründen, einschließlich der Tatsache, dass die Restschwingung schwächer ist und dass die Gleichspannung vom Mittelwert der Restschwingung abhängt, höher als diejenige, die ausgehend von drei Phasen erhalten würde. Zum Beispiel aus Gründen der Kompatibilität von Einrichtungen (Dreiphasenspannung vorgeschrieben, Nutzgleichspannung vorgeschrieben) kann man wünschen, dass es diese Pegeländerung der Gleichspannung nicht gibt, wenn man die Gleichrichtung mit 6 Dioden durch eine Gleichrichtung mit 18 Dioden ersetzt. Um zu vermeiden, zu einer höheren Gleichspannung als diejenige zu kommen, die eine einfache Dreiphasen-Gleichrichtung ergeben würde (für den gleichen Wert der Dreiphasen-Versorgungsspannung), müssen dann im Autotransformator zusätzliche spannungssenkende Mittel vorgesehen werden. In dem Patent US 5,124,904 sieht eine Ausführung vor, dass diese Mittel aus zusätzlichen Wicklungen bestehen, die die Komplexität und das Gewicht sowie die Streureaktanzrate erhöhen.
Das Patent US 5,619,407 beschreibt einen Autotransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bietet eine andere Lösung an, um die Gleichspannung zu senken, die am Ausgang der Gleichrichterbrücken geliefert wird. Diese Lösung verwendet keine zusätzlichen Wicklungen, aber sie ist wenig zufriedenstellend, da sie zu einem unsymmetrischen Autotransformator-Aufbau führt; diese nicht vorhandene Symmetrie führt zu einer harmonischen Verzerrung und somit zu einer zu großen Rückführung von Harmonischen in das Versorgungsnetz; diese Verzerrung ist umso signifikanter, als der Prozentsatz der Spannungssenkung hoch ist (Prozentsatz im Verhältnis zur Gleichspannung, die eine einfache Dreiphasen-Gleichrichtung liefern würde).
Außerdem liefern die oben beschriebenen Systeme keine Lösung, um die Gleichspannung bezüglich derjenigen zu erhöhen, die eine einfach Dreiphasen-Gleichrichtung mit sechs Dioden liefern würde. Es gibt aber Fälle, in denen man die Gleichspannung eher erhöhen als senken möchte.
Es gibt also einen Bedarf für einen verbesserten Autotransformator, der eine Dreiphasenversorgung in ein System mit neun Phasen umwandelt, das es ermöglicht, einen gewünschten Gleichspannungspegel (höher oder weniger hoch als derjenige, den eine einfache Dreiphasen-Gleichrichtung liefern würde) zu wählen, und gleichzeitig eine geringe harmonische Verzerrung beizubehalten und das Gewicht und den Platzbedarf des Autotransformators zu begrenzen.
Erfindungsgemäß wird ein spannungserhöhender oder spannungssenkender Autotransformator vorgeschlagen, der dazu bestimmt ist, mit einer Dreiphasen-Spannungsversorgung mit gegebener Amplitude verbunden zu werden, und neun Ausgangsspannungen mit in einem Abstand von 40° zu 40° verteilten Phasen und mit gleichen Amplituden liefert, die höher oder niedriger als die Amplitude zwischen Nullleiter und Phase der Dreiphasenversorgung sind; der Autotransformator weist einen Magnetkern mit drei Schenkeln und auf jedem Magnetschenkel eine Hauptwicklung auf, die eine erste und eine zweite Klemme hat, wobei die drei Hauptwicklungen in einer Dreieckschaltung elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Hauptwicklung eines gegebenen Schenkels zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Klemme einen ersten, einen zweiten und einen dritten Mittenabgriff hat. Der Autotransformator ist dadurch gekennzeichnet, dass er auch auf jedem Magnetschenkel drei Hilfswicklungen aufweist, wobei die erste Hilfswicklung eines anderen Schenkels eine erste Klemme je mit einem ersten Mittenabgriff der Hauptwicklung des gegebenen Schenkels verbunden hat und eine zweite Eingangs- oder Ausgangsklemme eine Spannung aufweist, die mit der auf der ersten Klemme dieser Hauptwicklung vorhandenen Spannung phasengleich ist, wobei die zweite und die dritte Hilfswicklung des gegebenen Schenkels je eine erste Klemme mit einem zweiten oder einem dritten Mittenabgriff des einen oder des anderen der anderen Schenkel verbunden hat und eine zweite Klemme einen jeweiligen Ausgang unter neun Ausgängen des Autotransformators bildet.
Es ist anzumerken, wie weiter unten im Einzelnen erläutert wird, dass die Phase der Spannung an der zweiten Klemme einer Hilfswicklung durch die Position des Mittenabgriffs, an den diese Wicklung angeschlossen ist, durch die Anzahl von Windungen der Hilfswicklung und durch die Wahl des Magnetschenkels bestimmt wird, auf dem diese Wicklung angeordnet ist.
Der Aufbau kann folgendermaßen sein: die erste Hilfswicklung eines ersten Schenkels wird mit dem ersten Mittenabgriff der Hauptwicklung eines zweiten Schenkels verbunden, wobei die erste Klemme der Hauptwicklung des zweiten Schenkels mit der zweiten Klemme der Hauptwicklung des ersten Schenkels verbunden ist.
In dem Fall, in dem der Autotransformator spannungssenkend ist, bilden die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen Eingänge des Autotransformators, die dazu bestimmt sind, von der umzuwandelnden Dreiphasenspannung versorgt zu werden, und die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung eines Schenkels bildet einen direkten Ausgang des Autotransformators, phasengleich mit einer Spannung an einer Klemme der Dreiphasenversorgung.
Vorzugsweise, indem man annimmt, dass zwei Hauptwicklungen, die auf zwei verschiedene Magnetschenkel montiert sind, aufgrund der Dreieckschaltung mit einem Eingang des Autotransformators verbunden sind, wird die Hilfswicklung, die mit dem direkten Ausgang phasengleich mit der an diesem Eingang vorhandenen Dreiphasenspannung verbunden ist, auf den dritten Magnetschenkel montiert.
In dem Fall, in dem der Autotransformator spannungserhöhend ist, bilden die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen direkte Ausgänge des Autotransformators, phasengleich mit den Spannungen der Dreiphasenversorgung, und die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung jedes Schenkels bildet einen jeweiligen Eingang der Dreiphasenversorgung.
Auch hier ist vorzugsweise, wenn man annimmt, dass zwei Hauptwicklungen, die auf zwei verschiedene Magnetschenkel montiert sind, mit dem gleichen direkten Ausgang des Autotransformators in der Dreieckschaltung verbunden sind, die mit einem Eingang, der mit diesem Ausgang phasengleich ist, verbundene Hilfswicklung auf den dritten Magnetschenkel montiert.
Die Erfindung schlägt ebenfalls einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler vor, dadurch gekennzeichnet, dass er einen wie oben definierten Autotransformator verwendet, wobei eine direkte Diode zwischen jedem Ausgang des Autotransformators und einem positiven Ausgang des Wandlers verbunden ist, und eine inverse Diode zwischen jedem Ausgang des Autotransformators und einem negativen Ausgang des Wandlers verbunden ist. Bei diesem Wandler ist es nicht notwendig, Interphasen-Drosselspulen zwischen jede Gruppe von drei Dioden und einen jeweiligen Ausgang des Wandlers einzufügen, wie es bei manchen Schaltungen des Stands der Technik der Fall ist.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Prinzipansicht eines Transformators mit drei Magnetschenkeln, der für eine Dreiphasen-Verwendung bestimmt ist;
2 einen vektorielle Zusammensetzung, die es ermöglicht, die Merkmale eines spannungssenkenden Autotransformators zu definieren, in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3 die Wicklungen, die auf einem Magnetschenkel des Autotransformators vorgesehen sind;
4 die Schaltung des Autotransformators entsprechend der vektoriellen Zusammensetzung der 2;
5 die vektorielle Zusammensetzung entsprechend einer zweiten Ausführungsform;
6 den Zusammenbau der Wicklungen eines Autotransformators entsprechend der vektoriellen Zusammensetzung der 5;
7 die vektorielle Zusammensetzung entsprechend einer dritten Ausführungsform für einen spannungserhöhenden Autotransformator;
8 den Zusammenbau der Wicklungen eines Autotransformators entsprechend der vektoriellen Zusammensetzung der 7;
9 einen Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler, der den Autotransformator verwendet.
Zunächst wird an einige allgemeine Prinzipien erinnert.
In 1 wird an das klassische Prinzip eines Dreiphasen-Transformators erinnert, der von Wicklungen geformt wird, die um Schenkel eines geschlossenen Dreifachmagnetkreises herum angeordnet sind. Der geschlossene Dreifachmagnetkreis weist einen ferromagnetischen Kern mit einem zentralen Schenkel M12, um die Wicklungen aufzunehmen, die einer ersten Phase entsprechen, und zwei seitlichen Schenkeln M23 und M31 auf, die mit dem zentralen Schenkel zu dessen beiden Seiten verbunden sind, um die Wicklungen einer zweiten bzw. einer dritten Phase aufzunehmen. Der zentrale Schenkel M12 und einer der seitlichen Schenkel bilden einen ersten geschlossenen Magnetkreis; der zentrale Schenkel und der andere seitliche Schenkel bilden einen zweiten geschlossenen Magnetkreis; die zwei seitlichen Schenkel M23 und M31 bilden einen dritten geschlossenen Magnetkreis.
Mehrere Wicklungen sind auf jeden Schenkel aufgewickelt, wobei manche Transformator-Primärwicklungen und andere Sekundärwicklungen bilden. Der Aufbau ist für die drei Schenkel gleich, d. h. dass die Wicklungen, die die gleiche Aufgabe bei den verschiedenen Schenkel haben, die gleiche Anzahl von Windungen und die gleichen Wicklungsrichtungen haben. Als vereinfachtes Schema sind in 1 eine Hauptwicklung B12, B23 bzw. B31 und eine Hilfswicklung S12, S23 bzw. S31 auf jedem Schenkel des Magnetkerns dargestellt. Die Wicklungen des gleichen Magnetschenkels werden vom gleichen Magnetfluss durchflossen. Aus Gründen der praktischen Darstellung sind die Hilfswicklungen neben den Hauptwicklungen dargestellt, obwohl in Wirklichkeit die zwei Wicklungen an der gleichen Stelle (die eine um die andere, oder sogar die Schichten der einen zwischen die Schichten der anderen eingefügt) angeordnet sind, um von genau dem gleichen Magnetfluss durchquert zu werden.
In dem einfachsten Verbindungsschema, das man sich vorstellen kann, das eine Dreiphasenspannung in eine andere Dreiphasenspannung umwandelt, könnten die Hauptwicklungen Primärwicklungen eines Transformators und die Hilfswicklungen Sekundärwicklungen sein. Die Primärwicklungen könnten im Dreieck oder sternförmig verbunden sein, um die umzuwandelnde Dreiphasenspannung zu empfangen. Die Sekundärwicklungen wären auch entweder im Dreieck oder sternförmig verbunden, um eine Dreiphasenspannung zu produzieren. Die Magnetflüsse, die in den drei Schenkeln fließen, sind gleich, aber zueinander um 120° phasenverschoben. In der Ausführung eines Transformators, der eine Dreiphasenspannung in eine Spannung mit neun Phasen umwandelt, ist der Aufbau komplexer und verwendet eine größere Anzahl von Wicklungen, wie man sehen wird, behält aber das Prinzip eines Magnetkreises mit drei symmetrischen Schenkeln bei, in dem die Magnetflüsse der verschiedenen Schenkel um 120° zueinander phasenverschoben sind und in dem die Wicklungen des gleichen Schenkels alle vom gleichen Magnetfluss durchflossen werden.
An den Klemmen einer Sekundärwicklung eines Magnetschenkels tritt eine Spannung phasengleich mit der Spannung an den Klemmen der Primärwicklung des gleichen Schenkels auf. Die in der Sekundärwicklung erzeugte Spannung hängt ab von

– dem Wert der Spannung an den Klemmen der zugeordneten Primärwicklung,
– dem Verhältnis zwischen den Anzahlen von Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung,
– und von der Drehrichtung des Stroms im Wickelkörper der Sekundärwicklung bezüglich der Richtung des Stroms in der Primärwicklung (die Phase der Spannung wird umgekehrt, wenn die Richtungen umgekehrt werden).

Für einen Transformator mit Isolierung zwischen Potentialen der Primärwicklung und Potentialen der Sekundärwicklung sind die Klemmen der Sekundärwicklungen nicht mit den Klemmen der Primärwicklungen oder anderen Schaltungselementen auf der Seite der Primärwicklung verbunden. Bei einem Autotransformator (Transformator ohne Isolierung) können die Klemmen der Sekundärwicklungen mit den Klemmen der Primärwicklungen oder mit Mittenabgriffen verbunden sein, die in den Primärwicklungen ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft die Autotransformatoren.
Nun wird das Prinzip der vektoriellen Darstellung erläutert, das es ermöglicht, den Betrieb eines komplexeren Transformators, und insbesondere eines Autotransformators darzustellen, der fähig ist, neun Sekundärphasen ausgehend von drei Phasen der Primärversorgung zu liefern.
Die Phase und die Amplitude der Spannung (einfache Spannung, die an einem Punkt der Schaltung vorhanden ist, oder differentielle Spannung, die zwischen zwei Punkten der Schaltung vorhanden ist) können durch einen Vektor dargestellt werden, dessen Länge die Amplitude der Wechselspannung (einfach oder differentiell) und dessen Ausrichtung die Phase von 0° bis 360° dieser Wechselspannung darstellt.
Zur Bildung eines Autotransformators, der fähig ist, neun Phasen ausgehend von drei um 120° beabstandeten Phasen zu produzieren, sucht man vektorielle Zusammensetzungen, die ausgehend von den drei Ausgangsphasen die Herstellung der neun gesuchten Phasen ermöglichen.
Die in dieser Zusammensetzung verwendeten Vektoren werden einerseits ausgehend von Punkten, die die Klemmen von Haupt- oder Hilfswicklungen darstellen, und andererseits ausgehend von Punkten erhalten, die Mittenabgriffe dieser Wicklungen darstellen. Die zwischen zwei Mittenabgriffen einer Hauptwicklung erhaltene Spannung ist phasengleich mit der Spannung der Hauptwicklung (die Vektoren sind also kolinear); ihre Amplitude ist ein Bruchteil der Spannung an den Klemmen der Hauptwicklung, wobei dieser Bruchteil vom Verhältnis zwischen der Anzahl von Wicklungswindungen, die sich zwischen den Mittenabgriffen befinden, und der Gesamtanzahl von Windungen der Hauptwicklung abhängt; die relative Länge des Vektors, die die Spannung zwischen zwei Mittenabgriffen einer Wicklung darstellt, wird durch dieses Verhältnis der Anzahl von Windungen bestimmt.
Gemäß dem gleichen Prinzip ist die an den Klemmen einer der Hauptwicklung zugeordneten Hilfswicklung (d. h. vom gleichen Magnetfluss durchflossen, also an der gleichen Stelle um einen gleichen Magnetschenkel gewickelt) erhaltene Spannung phasengleich mit der Spannung an den Klemmen der Hauptwicklung (die Vektoren sind also parallel), und ihre Amplitude wird ebenfalls von dem Verhältnis zwischen der Anzahl von Windungen der Hilfswicklung und der Anzahl von Windungen der Hauptwicklung bestimmt; die Länge des Vektors, der die Spannung in der Hilfswicklung darstellt, ist also bezüglich der Länge des Vektors, der die Spannung in der Hauptwicklung darstellt, im Verhältnis der Anzahl von Windungen.
In dieser Patentanmeldung wird die Bezeichnung "Hauptwicklung" verwendet, um eine Wicklung zu bezeichnen, die zwei Enden und Mittenabgriffe hat, wobei diese Bezeichnung aber nicht bedeutet, dass die Hauptwicklung notwendigerweise eine Primärwicklung des Autotransformators ist. In manchen Ausführungen (spannungssenkender Transformator) ist die Hauptwicklung nämlich tatsächlich eine Primärwicklung insofern als sie direkt mit einer umzuwandelnden Spannung versorgt wird; aber in anderen Ausführungen (spannungserhöhender Transformator) ist die Hauptwicklung keine Primärwicklung, da die umzuwandelnde Dreiphasenversorgung nicht an die Klemmen dieser Wicklung angelegt wird.
2 zeigt eine vektorielle Zusammensetzung, die es ermöglicht, zur vorliegenden Erfindung zu kommen, im Fall eines spannungssenkenden Autotransformators. Die Dreiphasenversorgung des Autotransformators wird an drei Eingangspunkte E1, E2, E3 des Autotransformators angelegt, und die drei Hauptwicklungen B12, B23, B31 werden direkt in einer Dreieckschaltung zwischen diesen drei Klemmen verbunden: Wicklung B12 zwischen den Klemmen E1 und E2; Wicklung B23 zwischen den Klemmen E2 und E3, Wicklung B31 zwischen den Klemmen E3 und E1.
Aus praktischen Gründen bezeichnen in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Buchstaben (zum Beispiel E1 und E2) sowohl die Klemmen einer Wicklung (in den die Wicklungen darstellenden Figuren) als auch die Enden des Vektors, der die Spannung an den Klemmen dieser Wicklung darstellt (in den die vektoriellen Zusammensetzungen darstellenden Figuren).
Die Dreiphasenversorgung kommt von einem Wechselleistungs-Versorgungsnetz mit einer Frequenz, die von den Anwendungen abhängt. In der Luftfahrt, in der die Erfindung besonders interessant ist, da die Gewicht-, Abmessungs- und Unterdrückungszwänge von Harmonischen besonders stark sind, beträgt die Frequenz oft 400 Hz und kann auch 800 Hz betragen.
Für die vektorielle Zusammensetzung wird willkürlich ein Anfangs-Nullleiterpunkt O bestimmt, und die einfachen Eingangs- und Ausgangsspannungen des Autotransformators werden bezüglich dieses Punkts gekennzeichnet. So stellt der Vektor OE1 die Amplitude und die Phase der einfachen Spannung dar, die auf der Klemme E1 der Dreihasenversorgung vorhanden ist. Der Nullleiterpunkt O ist ein virtueller Punkt (Eingang und Ausgang durch Dreieckschaltung) der Schaltung; wenn man annimmt, dass die in E1, E2, E3 angelegte Dreiphasenversorgung gut ausgeglichen ist, stellt der Nullleiterpunkt den Bezugspunkt dar, an dem die vektorielle Summe der Spannungen OE1, OE2, OE3 Null ist. In der vektoriellen Darstellung ist der Punkt O das Zentrum eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Spitzen die Punkte E1, E2, E3 sind. Die Vektoren OE2 und OE3 gleicher Amplitude wie der Vektor OE1 sind in +120° bzw. –120° zum Bezugsvektor OE1 ausgerichtet. Wenn die an die Klemmen E1, E2, E3 angelegte Versorgung eine Dreieck-Dreiphasenversorgung (bevorzugter Fall) ist, stellen die Vektoren E1E2, E2E3, E3E1 die Amplituden und Phasen der Spannungen zwischen Leitungen der Dreiphasenversorgung dar, die an die Klemmen der Primärwicklungen angelegt werden. Sie haben einen Abstand von 120° zueinander. Um die vektorielle Schreibweise zu vereinfachen, wird in der ganzen nachfolgenden Beschreibung der erste Buchstabe eines Vektors als der Anfang des Vektors betrachtet, und der zweite Buchstabe ist das Zustandekommen des Vektors; so stellt OE1 den Vektor dar, der von O ausgeht und bis E1 geht und nicht umgekehrt.
In 2 wurde als Phasenreferenz die Phase der einfachen Spannung OE1 (senkrechte Richtung) gewählt. Die Richtung des Vektoren E1E2 ist in +150°; diejenige des Vektoren E2E3 ist in +270°; und diejenige des Vektoren E3E1 ist in +30°.
Die vektorielle Zusammensetzung der 2 ermöglicht es, neun Spannungen mit Phasen in 40° zueinander und gleichen Amplituden herzustellen, geringer als diejenige der Dreiphasenversorgungsspannung.
Erfindungsgemäß werden drei der neun Phasen mit den Phasen OE1, OE2, OE3 der Dreiphasenversorgung des Autotransformators fluchtend ausgerichtet.
Ausgehend von einer Ausgangshypothese mit einem Koeffizienten k, der das Verhältnis zwischen dem Wert Va' der Spannung der neun Phasen und dem Wert Va der Eingangsspannung (einfach OE1, OE2, OE3) darstellt, wird folgendermaßen vorgegangen: Man zeichnet ausgehend vom Nullleiterpunkt O drei Systeme von drei Vektoren gleicher Amplitude Va' gleich der Amplitude von OE1 multipliziert mit dem Reduktionsverhältnis k: Va' = Va·k
Es ist anzumerken, dass k geringer ist als 1 und bis auf etwa 0,56 sinken kann.
Die Vektoren des ersten Systems definieren drei Punkte A1, A2 und A3 auf dem Kreis mit dem Zentrum O und mit einem Radius Va' = k·Va. Die Vektoren OA1, OA2, OA3 sind mit den Vektoren OE1, OE2 bzw. OE3 fluchtend ausgerichtet und haben also einen Abstand von 120° zueinander. Die Vektoren des zweiten Systems definieren drei Punkte B1, B2, B3 auf dem gleichen Kreis mit dem Zentrum O und dem Radius Va'. Die Vektoren OB1, OB2, OB3 leiten sich von den Vektoren OA1, OA2, OA3 durch Drehung um +40° ab. Schließlich leiten sich die Vektoren des dritten Systems OC1, OC2, OC3 von den Vektoren OB1, OB2, OB3 durch eine erneute Drehung um +40° ab (man hätte auch sagen können, dass die Vektoren des dritten Systems sich von den Vektoren OA1, OA2, OA3 durch eine Drehung um –40° ableiten, was strikt auf das Gleiche hinausläuft, indem die Bezeichnungen C1 und C3 umgekehrt werden).
Man kommt also zu neuen Vektoren mit einem Abstand von 40° und mit einer Amplitude Va' = k·Va.
Auf dem Vektor E1E2 werden drei Zwischenpunkte K1, K'1, K''1 definiert, die physikalisch Mittenabgriffe der Hauptwicklung B12 bilden.
Der Punkt K1 ist der Schnittpunkt zwischen dem Vektor E1E2 und einer Geraden, die durch den Punkt A1 verläuft und parallel zum Vektor E3E1 ist. Man wird sehen, dass in einer anderen möglichen Ausführung die durch A1 verlaufende Gerade parallel zum Vektor E2E3 anstatt zu E3E1 gezeichnet ist.
Der Punkt K'1 ist der Schnittpunkt des Vektors E1E2 mit einer Geraden, die durch den Punkt B1 verläuft und parallel zum Vektor E2E3 gezeichnet ist.
Schließlich ist der Punkt K''1 der Schnittpunkt des Vektors E1E2 mit einer Geraden, die durch den Punkt C1 verläuft und parallel zum Vektor E3E1 gezeichnet ist.
In gleicher Weise, indem man die Vorgänge durch zirkulare Permutation wiederholt, findet man auf dem Vektor E2E3 Mittenabgriffe K2 (Schnittstelle mit einer Geraden, die durch A2 verläuft und zu E1E2 parallel ist), K'2 (Schnittstelle mit einer Geraden, die durch B2 verläuft und zu E3E1 parallel ist) und K''2 (Schnittstelle mit einer Geraden, die durch C2 verläuft und zu E1E2 parallel ist).
In gleicher Weise wiederholt man noch die gleichen Vorgänge, um die Mittenabgriffe K3, K'3, K''3 auf dem Vektor E3E1 zu bestimmen.
An dieser Konstruktion, oder indem eine trigonometrische Berechnung durchgeführt wird, deren Kopie mühsam wäre und die trivial ist, da alle Winkel sowie die jeweiligen Längen von OA1 und OE1 bekannt sind, misst man die Längen der Vektoren E1K1, A1K1, E1K'1, B1K'1, K''1C1 und E1K''1. Die Längen der anderen Vektoren, die durch zirkulare Permutation erhalten werden, sind offensichtlich gleich.
Diese Längen, bezogen auf die Länge des Vektors E1E2, definieren Anzahlen von Windungen von Wicklungen bezogen auf die Gesamtanzahl N von Windungen der Primärwicklung.
So ist der Mittenabgriff K1 in der Hauptwicklung B12 in einer solchen Position, dass das Verhältnis n1/N zwischen der Anzahl n1 der Windungen, die sich zwischen E1 und K1 befinden, und der Gesamtanzahl N von Windungen der Primärwicklung B12 wie folgt ist: n1/N = E1K1/E1E2
In gleicher Weise sind die Mittenabgriffe K'1 und K''1 in solchen Positionen angeordnet, dass das Verhältnis zwischen der Anzahl n'1 von Windungen, die sich zwischen E1 und K'1 befinden, und der Gesamtanzahl N von Windungen wie folgt ist: n'1/N = E1K'1/E1E2und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Windungen n''1, die sich zwischen E1 und K''1 befinden, und der Gesamtanzahl N von Windungen ist wie folgt: n''1/N = E1K''1/E1E2
Die Punkte A1, B1 und C1 werden ausgehend von den Vektoren K1A1, K'1B1, et K''1C1 bestimmt, deren Ausrichtungen nicht diejenigen des Vektors E1E2 sind. Die diesen Vektoren entsprechenden Spannungen werden also ausgehend von Hilfswicklungen definiert; die Hilfswicklungen sind auf den beiden anderen Magnetschenkeln M23 und M31 des Magnetkreises angeordnet. Diese Wicklungen haben ein erstes Ende mit einem Mittenabgriff, K1, K'1 bzw. K''1 der Hauptwicklung B12 verbunden und ein zweites Ende, das einen Ausgang A1, B1 bzw. C1 des Autotransformators bildet.
So dient eine Hilfswicklung, die auf dem dritten Schenkel M31 des Magnetkreises angeordnet ist (demjenigen, der die dritte Primärwicklung B31 trägt, die zwischen E3 und E1 verbunden ist), dazu, eine Spannung aufzubauen, die durch den Vektor K1A1 dargestellt wird, da dieser Vektor parallel zum Vektor E3E1 ist. Diese Wicklung hat ein Ende mit dem Abgriff K1 verbunden, und ihr anderes Ende bildet eine Ausgangsklemme A1 des Autotransformators. In gleicher Weise dient eine Hilfswicklung, die auf dem zweiten Schenkel des Magnetkreises angeordnet ist (derjenige, der die zweite Hauptwicklung B23 trägt, die zwischen E2 und E3 verbunden ist) dazu, eine Spannung aufzubauen, die vom Vektor K'1B1 dargestellt wird, da der Vektor K'131 parallel zu E2E3 ist. Diese Wicklung hat ein Ende mit dem Anschluss K'1 verbunden, und ihr anderes Ende bildet einen zweiten Ausgang B1 des Autotransformators, um 40° phasenverschoben bezüglich des Ausgangs A1. Weiter in gleicher Weise dient eine Hilfswicklung, die auf dem dritten Magnetschenkel M31 angeordnet ist (derjenige, der die Hauptwicklung B31 trägt, die zwischen E3 und E1 verbunden ist) dazu, die Spannung K''1C1 aufzubauen. Diese Wicklung hat ein Ende mit dem Mittenabgriff K''1 verbunden, und ein anderes Ende definiert einen dritten Ausgang C1 um 40° bezüglich des zweiten phasengleich verschoben.
Die anderen Ausgänge A2, B2, C2 und dann die Ausgänge A3, B3, C3 werden gemäß dem gleichen Prinzip durch zirkulare Permutation hergestellt.
3 stellt die Wicklungen dar, die sich auf dem ersten Schenkel M12 des Magnetkreises befinden: Die Hauptwicklung B12, die sich zwischen den Eingangsklemmen E1 und E2 befindet, mit ihren Mittenabgriffen K1, K'1 und K''1; und drei Hilfswicklungen X12, Y12 und Z12, die sich auf dem gleichen Magnetschenkel M12 befinden wie die Hauptwicklung B12 und von dem gleichen Magnetfluss durchflossen werden, aber nicht direkt mit der Hauptwicklung B12 verbunden sind. Diese Hilfswicklungen X12, Y12, Z12 erzeugen die Spannungen, die von den Vektoren K2A2, K'3B3, und K''2C2 dargestellt werden, die alle phasengleich (oder in Gegenphase) mit der Spannung der Hauptwicklung B12 sein müssen. Diese Wicklungen sind also je zwischen einem Mittenabgriff K2, K'3 oder K''2 der Hauptwicklungen B23 und B31 und einem Ausgang A2, B3 bzw. C2 des Autotransformators verbunden.
Die Anzahlen von Windungen nx, ny und nz dieser drei Wicklungen X12, Y12 und Z12 werden im Verhältnis zu der Anzahl N von Windungen der Hauptwicklung in Abhängigkeit von der Länge dieser drei Vektoren berechnet: nx/N = K2A2/E1E2 ny/N = K'3B3/E1E2 nz/N = K''2C2/E1E2
In gleicher Weise weist der zweite Magnetschenkel M23 des Autotransformators eine Hauptwicklung B23, die zwischen den Klemmen E2 und E3 verbunden ist, mit ihren Mittenabgriffen K2, K'2, K''2, und drei Sekundärwicklungen X23, Y23, Z23 auf, die dazu bestimmt sind, die Spannungen von Vektoren K3A3, K'1B1, und K''3C3 phasengleich oder Gegenphase mit der Versorgungsspannung herzustellen, die an die Hauptwicklung B23 angelegt wird, die sich zwischen E2 und E3 befindet. Die Anzahlen von Windungen von X23, Y23, Z23 sind wieder nx, ny und nz. Die Anzahlen von Windungen n2, n'2, n''2, die die Mittenabgriffe definieren, sind die gleichen wie die Anzahlen n1, n'1, n''1.
Und schließlich kann die gleiche Beschreibung für den dritten Magnetschenkel M31 mit seiner Hauptwicklung B31 mit N Windungen und seinen Mittenabgriffen K3, K'3, K''3 mit Anzahlen von Windungen n3, n'3, n''3 gleich den Anzahlen n1, n'1, n''1 und n2, n'2, n''2 durchgeführt werden. Und drei unabhängige Sekundärwicklungen X31, Y31, Z31, die sich auf dem gleichen Magnetschenkel befinden, um mit Hilfe von Anzahlen von Windungen nx, ny und nz die Spannungen zu erzeugen, die von den Vektoren K''1C1, K'2B2 und K1A1 dargestellt werden.
Man stellt fest, dass für Wandler großer Leistung (mehrere zehn, sogar mehrere hundert kVa) die Anzahl von Windungen sehr reduziert ist, und dass man nur ganzzahlige Anzahlen von Windungen oder manchmal ganzzahlige Anzahlen von Halbwindungen verwendet. Daher müssen die theoretischen Anzahlen von Windungen, die von dem Verhältnis k zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung abhängen, auf die Einheit oder auf die obere oder untere Halbeinheit abgerundet werden. Da die vektorielle Zusammensetzung außerdem leicht unterschiedliche Winkel und Längen ergibt, je nachdem, ob der Autotransformator normal belastet oder nicht belastet ist, kann man die Wahl der Anzahl von Windungen (oberer oder unterer Wert) anpassen, um sich so weit wie möglich der Theorie anzunähern, entweder leer oder mit voller Last oder mit halber Last.
Typischerweise kann für einen Autotransformator von 150 kVa mit einem Transformationsverhältnis k = 1/1,14 die Anzahl von Windungen N 73 Windungen betragen, n1, n2, n3 kann 3 Windungen betragen, n'1, n'2, n'3 kann etwa fünfzehn Windungen betragen, n''1, n''2, n''3 etwa 60 Windungen, nx gleich n1, 3 Windungen, ny und nz gleich etwa fünfzehn Windungen. Diese Zahlen werden als Anhaltspunkt angegeben.
4 stellt die drei Magnetschenkel mit ihren Einheiten aus Hauptwicklungen und Sekundärwicklungen dar, und dieses Mal mit den Verbindungen, die komplett die gewünschten Amplituden und Phasen von Spannungen aufbauen, die es ermöglichen, dass die Ausgänge A1, B1, C1, A2, B2, C2, A3, B3, C3 ein System mit neun Phasen darstellen, das die gewünschte Amplitude Va' hat und direkt ein System von drei Gleichrichterbrücken mit je 6 Dioden versorgen kann. In 4 wurde, um die Frage der relativen Wicklungsrichtung der Wicklungen zu berücksichtigen, angenommen, dass alle Wicklungen in die gleichen Drehrichtung verlaufen, wenn man von links nach rechts geht, und daher ist zum Beispiel der Mittenabgriff K1 mit der rechten Klemme der Wicklung X31 verbunden, wobei der Ausgang A1 die linke Klemme ist, da der Vektor K1A1 in inverser Richtung des Vektors E3E1 ausgerichtet sein muss (also A1K1 in gleicher Richtung ausgerichtet wie E3E1).
Mögliche Veränderung des Schemas der 2:
Das Schema der 4 und das vektorielle Schema der 2 können insofern verändert werden, als die Wicklung, die die um +40° phasenverschobene Spannung in B1 erzeugt, eher eine Wicklung des Schenkels M31 als eine Wicklung des Schenkel M23 sein könnte, und umgekehrt die Wicklung, die die um –40° phasenverschobene Spannung in C1 erzeugt, sich eher auf dem Schenkel M23 als auf M31 befinden würde. In diesem Fall würden die Anzahl von Windungen dieser Wicklung und insbesondere die Position der Mittenabgriffe K'1 und K''1 verändert, da der Punkt K'1 nun die Schnittstelle von E1E2 mit einer Geraden parallel zu E3E1 und nicht E2E3 wäre; K''1 wäre die Schnittstelle von E1E2 mit einer Geraden parallel zu E2E3.
Ausführung der 5 und 6:
5 stellt in Form einer vektoriellen Zusammensetzung, und 6 in materieller Form eine Variante dar, in der die Ausgangsspannung an der Klemme A1 ausgehend von einer Wicklung X23a erhalten wird, die auf den Magnetschenkel M23 gewickelt und mit einem Mittenabgriff K1a der Wicklung B12 verbunden ist, und nicht von einer Wicklung X31 auf dem Schenkel M31. Die Punkte A2 und A3 folgen dem gleichen Prinzip wie der Punkt A1 durch zirkulare Permutation. Die Punkte B1, B2, B3, C1, C2, C3 werden in der gleichen Weise erhalten wie in den 2 und 4.
Die Wicklung X23a, die zwischen dem Zwischenabgriff K1a der Primärwicklung B12 (zwischen E1 und E2) und dem Ausgangspunkt A1 angeordnet ist, entspricht einem Vektor, der folgendermaßen gezeichnet ist: Ausgehend vom Punkt A1 auf der Achse OE1 und derart, dass gilt OA1/OE1 k (wobei k das gewünschte Spannungsreduktionsverhältnis ist), zeichnet man eine Parallele zu E2E3, und diese Parallele schneidet den Vektor E1E2 im Punkt K1a. Die Messung von E1K1a (oder die trigonometrische Berechnung) ergibt die Anzahl von Windungen n1a zwischen E1 und dem ersten Mittenabgriff K1a (es gibt nicht mehr den Abgriff K1 der 2). Die Messung von K1aA1 ergibt die Anzahl von Windungen nxa der Wicklung X23a, die dazu dient, diesen Vektor zu erstellen. Die Vektoren K'1B1 und K''1C1, die die Punkte K'1 und K''1 angeben, werden in gleicher Weise wie in 2 erhalten, und ihre Messung gibt die Position der Mittenabgriffe K'1 und K''1 an.
6 stellt für den Schenkel M12 die dieser Variante entsprechenden Wicklungen mit ihren Verbindungen dar: Die Hauptwicklung B12, zwischen E1 und E2 weist die Mittenabgriffe K1a, K'1 und K''1 auf. Vom Abgriff K1a geht die Wicklung X23a mit nxa Windungen aus, und das andere Ende dieser Wicklung bildet die Ausgangsklemme A1 des Autotransformators. Die Wicklung X23a ist um den Magnetschenkel M23 in der gleichen Richtung gewickelt wie die Hauptwicklung B23. Vom Punkt K'1 geht eine Wicklung Y23 von ny Windungen aus, die um den Schenkel M23 in inverser Richtung zur Wicklung B23 gewickelt ist, und das andere Ende dieser Wicklung Y23 bildet die Ausgangsklemme B1. Vom Punkt K''1 geht die Wicklung Z31 aus, die auf den Schenkel M31 in der gleichen Richtung wie die Hauptwicklung B31 gewickelt ist, und ihr Ende bildet die Ausgangsklemme C1. Die Ausgangsklemmen A2, B2, C2 werden ausgehend von den anderen Haupt- und Hilfswicklungen durch zirkulare Permutation erhalten. Wie bezüglich der Ausführung der 2 erläutert, könnten die Punkte B1 und C1 ausgehend von Wicklungen Y31 und Z23 anstelle von Y23 und Z31 erhalten werden, wobei die Abgriffe K'1 und K''1 sich dann nicht an den gleichen Stellen befinden.
Man stellt fest, dass je nach dem Wert des gewünschten Spannungsreduktionsverhältnisses k der Punkt K1a sich zwischen der Klemme E1 und der Klemme K'1 (Fall der 5, für k relativ nahe 1) oder zwischen der Klemme K'1 und der Klemme E2 (k kleiner als etwa 2/3) befinden kann.
Die Ausführung der 5 und 6 hat einen signifikanten Vorteil bezüglich der Beherrschung der Leckflüsse. Dies entsteht dadurch, dass für den gleichen Koeffizient k der Spannungsreduktion die Länge des Vektors E1K1a der 5 größer als derjenige des Vektors E1K1 der 2 ist.
Mögliche Veränderung der 2 und 5 mit Hilfe eines Vektors symmetrisch zum Vektor K1A1 oder K1aA1:
Man stellt fest, dass der Ausgang A1 ausgehend von einem Vektor symmetrisch zum Vektor K1A1 (oder K1aA1) bezüglich der Achse OE1 erhalten werden kann. Das läuft auf das Gleiche hinaus, aber je nach der physikalischen Konstitution der Wicklungen auf den Magnetkernen kann es die Verbindungen zwischen Wicklungen vereinfachen (bei den Verbindungen von Wicklungen der Leistungs-Autotransformatoren müssen Verbindungsüberkreuzungen vermieden werden, und es müssen Verbindungen verwendet werden, die so kurz wie möglich sind). In diesem Fall würde der Punkt K1, der als Ausgangspunkt für eine Hilfswicklung zur Erzeugung einer Spannung auf der Klemme A1 phasengleich mit der Klemme E1 dient, durch einen Mittenabgriff der Wicklung B31 (zwischen E3 und E1, aber nahe E1) ersetzt. Die Hilfswicklung, die von diesem Abgriff (K1s, nicht dargestellt) zum Punkt A1 geht, wäre eine Wicklung auf dem Schenkel M12 des Magnetkerns, die in die gleiche Richtung dreht wie die Wicklung, die zwischen E1 und E2 verbunden ist. Oder aber, ausgehend von einem anderen Mittenabgriff (K1as, nicht dargestellt) auf der Wicklung B31, nahe der Klemme E1 und symmetrisch zum Punkt K1a bezüglich der Geraden OE1, würde man eine auf den Schenkel M23 gewickelte und von A1 nach K1as in gleicher Richtung wie die Hauptwicklung B23, die zwischen E2 und E3 verbunden ist, drehende Hilfswicklung verbinden.
Mögliche Veränderung der 2 und 5 mit zwei Wicklungen, die an der gleichen Ausgangsklemme A1 enden:
In einer vorteilhaften Ausführung kann man sogar vorsehen, gleichzeitig einen Mittenabgriff K1 auf der Hauptwicklung B12 (nahe E1) und einen Mittenabgriff K1s, symmetrisch zu K1 bezüglich der Geraden OA1, auf der Hauptwicklung B31 (ebenfalls nahe E1) und zwei Hilfswicklungen zu haben, die je von diesen zwei Punkten K1 und K1s ausgehen und an der gleichen Klemme A1 enden, wobei eine dieser Wicklungen sich auf dem Schenkel M31 und die andere sich auf dem Schenkel M12 befindet. Indem man das Schema der 5 perfektioniert, könnte man das Gleiche mit zwei symmetrischen Wicklungen durchführen, von denen die eine vom Abgriff K1a auf der Hauptwicklung B12 (nahe E1) und die andere von einem symmetrischen Punkt K1as ausgeht, der auf B31 angeordnet und nahe E1 ist, wobei diese zwei Wicklungen, die auf den Schenkel M23 gewickelt sind, an der gleichen Klemme A1 enden.
In anderen Worten, wenn man zwei Hauptwicklungen (B12, B31), die mit einer gemeinsamen Klemme (E1) verbunden sind, und den ersten Mittenabgriff (K1 oder K1a) auf einer von ihnen vorgesehen annimmt, sieht man auch einen vierten Mittenabgriff (K1s oder K1as) vor, der sich auf der anderen befindet, mit der gleichen Anzahl von Windungen einerseits zwischen der gemeinsamen Klemme (E1) und dem ersten Mittenabgriff (K1 oder K1a) und andererseits zwischen der gemeinsamen Klemme (E1) und dem vierten Mittenabgriff (K1s oder K1as): Ausgehend von diesen zwei Mittenabgriffen (K1 und K1s, oder auch K1a und K1as) verbindet man zwei Hilfswicklungen, die man beide mit der Klemme verbindet, die mit der Spannung an der gemeinsamen Klemme E1, d. h. der Ausgangsklemme A1, phasengleich ist.
Die soeben beschriebenen Ausführungen mit zwei Hilfswicklungen, die an der gleichen Ausgangsklemme A1 enden, sind perfekt symmetrisch und ausgeglichen. Was soeben für die Klemme A1 gesagt wurde, gilt nämlich selbstverständlich auch für die Klemmen A2 und A3.
7 zeigt eine andere Ausführungsvariante, die dazu bestimmt ist, die Spannung in den neun Phasen bezüglich des Werts der Dreiphasenversorgungsspannung zu erhöhen. Das Verhältnis k ist in diesem Fall größer als 1.
Die Hauptwicklungen, die in der Konstruktion verwendet werden und die Mittenabgriffe aufweisen, sind nicht mehr die Primärwicklungen des Transformators., d. h. dass sie nicht mehr zwischen den Eingangsklemmen E1, E2, E3 des Transformators verbunden sind.
Die vektorielle Konstruktion ist wie folgt: Man zeichnet die Vektoren OE1, OE2, OE3 in einem Abstand von 120° zueinander, was die Dreiphasenversorgung darstellt, wobei die Klemmen E1, E2, E3 die Eingänge des Transformators sind. Man verlängert den Vektor OE1 bis zu einem Punkt A1 derart, dass gilt OA1|OE1 = k. Desgleichen, um A2 und A3 zu erhalten, bilden die Klemmen A1, A2, A3 drei erste Ausgangsklemmen (direkte Ausgänge) des Autotransformators.
Man bestimmt die Punkte B1, B2, B3 (um +40° phasenverschobene Ausgänge) auf dem Kreis mit dem Zentrum O und dem Radius OA1 derart, dass OB1, OB2, OB3 um +40° bezüglich OA1, OA2, OA3 phasenverschoben sind. Man bestimmt auch die Punkte C1, C2, C3 (um +80° phasenverschobene Ausgänge) auf dem gleichen Kreis derart, dass OC1, OC2, OC3 bezüglich OA1, OA2, OA3 um +80° phasenverschoben sind.
Vom Punkt E1 zeichnet man entweder eine Gerade parallel zu A3A1, um einen Schnittpunkt K1 auf dem Vektor A1A2 (wie man den Punkt K1 in E1E2 in 2 gesucht hat) zu bestimmen, oder vorzugsweise eine Gerade parallel zu A3A2, um einen Schnittpunkt K1b auf dem Vektor A1A2 zu bestimmen (wie man den Punkt K1a in E1E2 in 5 gesucht hat). In 7 wurde diese zweite Lösung angewendet.
Vom Punkt B1 zeichnet man eine Gerade parallel zu A2A3, um den Punkt K'1 (Schnittstelle mit A1A2) zu finden. Und vom Punkt C1 zeichnet man eine Gerade parallel zu A1A3, um den Punkt K''1 zu finden (Schnittstelle mit A1A2).
Der Autotransformator wird ausgehend von dieser vektoriellen Konstruktion hergestellt, wie dies in 8 dargestellt ist, und indem die folgenden Wicklungen verwendet werden:

– Hauptwicklung B12 auf einem Magnetschenkel M12, wobei diese Wicklung zwischen den Ausgängen A1 und A2 verbunden ist, mit Mittenabgriffen K'1, K1b, K''1; und nicht dargestellte Hauptwicklungen B23 auf dem Schenkel M23 zwischen A2 und A3 und B31 auf dem Schenkel M31 zwischen A3 und A1; mit je auf B23 den Mittenabgriffen K'2, K2b und K''2 und auf B31 den Abgriffen K'3, K3b und K''3;
– Hilfswicklungen X23b auf dem Schenkel M23, verbunden zwischen dem Abgriff K1b und dem Eingang E1 des Autotransformators, wobei diese Wicklung in gleicher Richtung dreht, indem man von K1b nach E1 geht, wie die Hauptwicklung B23, die von A2 nach A3 geht; und desgleichen nicht dargestellte Hilfswicklungen X31b auf dem Schenkel M31 und X12B auf dem Schenkel B12;
– Hilfswicklung Y23 auf dem Schenkel M23, von dem Abgriff K'1 bis zum Ausgang B1 des Autotransformators gehend; diese Wicklung dreht von B1 nach K'1 in gleicher Richtung wie die Wicklung B23; und desgleichen nicht dargestellte Wicklungen Y31 auf dem Schenkel M31, von K'2 nach B2 gehend, und Y12 auf dem Schenkel M12, von K'3 nach B3 gehend;
– Hilfswicklung Z31 auf dem Schenkel M31, von K''1 nach C1 gehend, indem sie in der gleichen Richtung dreht wie B31; und desgleichen nicht dargestellte Wicklungen Z12 auf dem Schenkel M12, von K''2 nach C2, und Z23 auf dem Schenkel M23, von K''3 nach C3.

8 stellt die Konfiguration der Wicklungen dar, die dem Magnetschenkel M12 und der Hauptwicklung B12 (zwischen A1 und A2) dieses Schenkels zugeordnet sind; wie in 6 sind die Wicklungen des gleichen Magnetschenkels in der gleichen Reihe und nebeneinander dargestellt, obwohl sie in der Praxis übereinander gewickelt und sogar ineinander verschachtelt sind.
Der spannungserhöhende Autotransformator der 7 und 8 (k > 1) arbeitet, indem eine Dreiphasenspannung an die Eingänge E1, E2, E3 angelegt wird, und indem an den direkten Ausgängen A1, A2, A3, den um +40° phasenverschobenen Ausgängen B1, B2, B3 und den um –40° phasenverschobenen Ausgängen C3, C2, C1 eine Spannung in neun Phasen aufgefangen wird, deren Amplitude k mal höher ist als die Dreiphasen-Ausgangsspannung.
Wie dies bezüglich 2 und der 5 durchgeführt wurde, kann man vorsehen, auch 7 zu verändern; die vorteilhafteste Veränderung besteht darin, nicht eine einzige Hilfswicklung des Mittenabgriffs K'1b mit der Klemme E1 zu verbinden, sondern zwei vektoriell symmetrische Wicklungen bezüglich der Geraden OA1. Hierzu sieht man in 7 einen vierten Mittenabgriff (K1bs, nicht dargestellt) auf der Hauptwicklung B23 vor, in einem Abstand (d. h. einer Anzahl von Windungen) von der Klemme A1, der der gleiche ist wie der Abstand zwischen A1 und K1b. Von diesem vierten Mittenabgriff K1bs geht eine Hilfswicklung aus, die auf den Schenkel M23 symmetrisch zur Wicklung X23b gewickelt ist und auch an der Eingangsklemme E1 endet.
In anderen Worten, wenn man zwei Hauptwicklungen (A12, A31), die mit einer gemeinsamen Klemme (A1) verbunden sind, und den ersten Mittenabgriff (K1b) auf einer von ihnen vorgesehen annimmt, sieht man auch einen vierten Mittenabgriff (K1bs) vor, der auf der anderen angeordnet ist, mit der gleichen Anzahl von Windungen einerseits zwischen der gemeinsamen Klemme (A1) und dem ersten Mittenabgriff (K1b) und andererseits zwischen dem vierten Mittenabgriff (K1bs) und der gemeinsamen Klemme; ausgehend von diesen zwei Mittenabgriffen (K1b und K1bs) verbindet man zwei Hilfswicklungen, die man beide mit der Klemme (E1) verbindet, die phasengleich mit der Spannung au der gemeinsamen Klemme A1 ist; die Klemme E1 ist hier eine Eingangsklemme.
Unabhängig davon, ob der Autotransformator spannungserhöhend oder spannungssenkend ist, kann er direkt verwendet werden, um einen Wechselstrom/Gleichstrom-Spannungswandler herzustellen.
Hierzu, wie es in 9 dargestellt ist, verbindet man die Dreiphasenversorgung mit den Eingängen E1, E2 und E3, und man verbindet die Ausgänge des Autotransformators AT mit einer dreifachen Gleichrichterbrücke von dreimal sechs Dioden.
Die direkten Ausgänge (A1, A2, A3) sind mit einer ersten Brücke PA von sechs Dioden Da1, Da2, Da3, Da'1, Da'2, Da'3 verbunden. Die um +40° phasenverschobenen Ausgänge sind mit einer zweiten Brücke PB von sechs Dioden Db1, Db2, Db3, Db'1, Db'2, Db'3 verbunden. Und die um –40° phasenverschobenen Ausgänge sind mit einer dritten Brücke PC von sechs Dioden Dc1, Dc2, Dc3, Dc'1, Dc'2, Dc'3 verbunden.
Die drei Gleichrichterbrücken haben gemeinsame Ausgänge S und S', die die Ausgänge des Wandlers bilden.
Die Diode Da1 ist direkt zwischen dem Ausgang A1 und einer positiven Klemme S verbunden, die eine der zwei Gleichstrom-Ausgangsklemmen des Wandlers bildet. Die Diode Da'1 ist invers zwischen dem Ausgang A1 und einer negativen Klemme S' verbunden, die die andere Gleichstrom-Ausgangsklemme des Wandlers bildet.
Die Verbindung ist die gleiche für alle anderen Dioden: Die Diode Da2 und die Diode Da'2 sind direkt und invers zwischen A1 einerseits und S bzw. S' andererseits verbunden. Die Diode Db1 und die Diode Bb'1 sind direkt und invers zwischen B1 einerseits und S bzw. S' andererseits verbunden. Und so weiter, eine direkte Diode ist zwischen einer Ausgangsklemme des Autotransformators und der Klemme S, und eine inverse Diode ist invers zwischen dieser Ausgangsklemme und der Klemme S' verbunden.
Es ist nicht notwendig, eine Interphasen-Drosselspule zwischen die vereinten Ausgänge einer Gruppe von drei direkten Dioden (zum Beispiel Da1, Da2, Da3) und die Klemme S oder die vereinten Ausgänge einer Gruppe von drei inversen Dioden (Da'1, Da'2, Da'3) und S' einzufügen.

Claims

Spannungserhöhender oder spannungssenkender Autotransformator, der dazu bestimmt ist, mit einer Dreiphasen-Spannungsversorgung mit gegebener Amplitude verbunden zu werden und neun Ausgangsspannungen mit in einem Abstand von 40° zu 40° verteilten Phasen und gleichen Amplituden liefert, die höher oder niedriger als die Amplitude zwischen Nullleiter und Phase der Dreiphasenversorgung sind, wobei der Autotransformator einen Magnetkern mit drei Schenkeln (M12, M23, M31) und auf jedem Magnetschenkel eine Hauptwicklung (B12) aufweist, die eine erste (E1) und eine zweite Klemme (E2) hat, wobei die drei Hauptwicklungen (B12, B23, B31) in einer Dreieckschaltung elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Hauptwicklung (B12) eines gegebenen Schenkels (M12) zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Klemme einen ersten (K1a), einen zweiten (K'1) und einen dritten (K''1) Mittenabgriff hat, dadurch gekennzeichnet, dass er auch auf jedem Magnetschenkel (M12) drei Hilfswicklungen (X12, Y12, Z12) aufweist, wobei die erste Hilfswicklung (X23a) eines anderen Schenkels (M23) eine erste Klemme je mit einem ersten Mittenabgriff (K1a) der Hauptwicklung (B12) des gegebenen Schenkels verbunden hat und eine zweite Eingangs- oder Ausgangsklemme (A1) eine Spannung aufweist, die mit der auf der ersten Klemme (E1) dieser Hauptwicklung vorhandenen Spannung phasengleich ist, wobei die zweite und die dritte Hilfswicklung (Y12, Z12) des gegebenen Schenkels je eine erste Klemme mit einem zweiten (K''2) oder einem dritten (K'3) Mittenabgriff des einen oder des anderen der anderen Schenkel verbunden hat und eine zweite Klemme (C2, B3) einen jeweiligen Ausgang unter neun Ausgängen des Autotransformators bildet.
Autotransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hilfswicklung (X12) des ersten Schenkels (M12) mit dem ersten Mittenabgriff (K2) der Hauptwicklung (B23) eines zweiten Schenkels (M23) verbunden ist, wobei die erste Klemme (E2) der Hauptwicklung des zweiten Schenkels mit der zweiten Klemme (E2) der Hauptwicklung des ersten Schenkels verbunden ist.
Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen spannungssenkenden Autotransformator bildet, dass die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen Eingänge (E1, E2, E3) des Autotransformators bilden, die dazu bestimmt sind, mit der umzuwandelnden Dreiphasenspannung gespeist zu werden, und dass die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung (X12) eines Schenkels (M12) einen direkten Ausgang (A2, A3) des Autotransformators bildet, der mit einer Spannung an einer Klemme (E2, E3) der Dreiphasenversorgung phasengleich ist.
Autotransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, da zwei auf zwei unterschiedliche Magnetschenkel (M12, M31) montierte Hauptwicklungen (B12, B31) mit einem Eingang (E1) des Autotransformators verbunden sind, die Hilfswicklung (X23a), die mit dem direkten Ausgang (A1) verbunden ist, der mit der an diesem Eingang vorhandenen Dreiphasenspannung phasengleich ist, auf den dritten Magnetschenkel (M23) montiert ist.
Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen spannungserhöhenden Autotransformator bildet, dass die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen direkte Ausgänge (A1, A2, A3) des Autotransformators bilden, die mit den Spannungen der Dreiphasenversorgung phasengleich sind, und dass die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung (X23b, X31b, X12b) jedes Schenkels einen jeweiligen Eingang (E1, E2, E3) der Dreiphasenversorgung bildet.
Autotransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, da zwei auf zwei unterschiedliche Magnetschenkel (M12, M31) montierte Hauptwicklungen mit dem gleichen direkten Ausgang (A1) des Autotransformators in der Dreieckschaltung verbunden sind, die Hilfswicklung, die mit einem Eingang (E1), der mit diesem Ausgang phasengleich ist, verbunden ist, auf den dritten Magnetschenkel (M23) montiert ist.
Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittenabgriff (K1, K1a) einer Hauptwicklung sich zwischen einer ersten Klemme (E1, A1) dieser Hauptwicklung und dem zweiten Mittenabgriff (K'1) befindet.
Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittenabgriff (K1, K1a) einer Hauptwicklung sich zwischen dem zweiten (K'1) und dritten (K''1) Mittenabgriff dieser Wicklung befindet.
Autotransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn man zwei mit der gleichen gemeinsamen Klemme (E1 oder A1) verbundene Hauptwicklungen (B12, B31) und den auf einer von ihnen vorgesehenen ersten Mittenabgriff betrachtet, auch ein vierter Mittenabgriff, der sich auf der anderen befindet, mit der gleichen Anzahl von Windungen einerseits zwischen der gemeinsamen Klemme und dem ersten Mittenabgriff und andererseits zwischen der gemeinsamen Klemme und dem vierten Mittenabgriff, und ausgehend von diesen zwei Mittenabgriffen, zwei Hilfswicklungen vorgesehen werden, die mit der zweiten Eingangs- oder Ausgangsklemme verbunden sind, die mit der Spannung auf der gemeinsamen Klemme phasengleich ist.
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Autotransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet, wobei eine direkte Diode (Da1) zwischen jedem Ausgang (A1) des Autotransformators und einem positiven Ausgang (S) des Wandlers und eine inverse Diode (Da'1) zwischen jedem Ausgang (A1) des Autotransformators und einem negativen Ausgang (S') des Wandlers verbunden ist.