DE60318607T2

DE60318607T2 - Transformator

Info

Publication number: DE60318607T2
Application number: DE60318607T
Authority: DE
Inventors: Ki Song Kim; Myong Chol Ri
Original assignee: PYONGYANG TECHNICAL TRADING CENTRE; PYONGYANG TECHNICAL TRADING CT
Current assignee: PYONGYANG TECHNICAL TRADING CENTRE; PYONGYANG TECHNICAL TRADING CT
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: DE60318607D1; AU2003260419A8; ATE383651T1; RU2005116231A; EP1559120A1; CN1695214A; RU2328051C2; WO2004040600A1; CN100487834C; AU2003260419A1; EP1559120B1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Stromversorgungsgeräte und insbesondere einen Transformator für die Bereitstellung einer stabilisierten Spannung.
Stromversorgungsgeräte werden für die Versorgung eines elektrischen Gerätes mit elektrischer Leistung bei einer stabilisierten Spannung benötigt, die sich von der Netzspannung, bspw. 110 V oder 230 V, unterscheidet. Ein Grundbestandteil eines Stromversorgungsgerätes ist ein Transformator, der eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umwandelt. In gewöhnlichen Transformatoren ist die Ausgangsspannung ein festgelegtes Vielfaches der Eingangsspannung mit einem Faktor, der durch das Verhältnis der Anzahl der Windungen einer Primärwicklung und der Anzahl der Windungen einer Sekundärwicklung gegeben ist, welche magnetisch gekoppelt sind. Außerdem nimmt die Spannung auch für eine zunehmende Belastung an der Sekundärwicklung ab, da die Stromstärke erhöht wird und die Sekundärwicklungen von sich aus einen Widerstand aufweisen.
Für Anwendungen auf dem Gebiet des Schweißens zeigen die üblichen Stromversorgungsgeräte den Effekt, daß die Stromstärke durch den Lichtbogen stark vom Abstand der Elektrode von dem zu schweißenden Material abhängt. Insbesondere für Schweißverfahren mit Verbrauchselektroden erfordert dies eine sehr empfindliche Leistungssteuerung, um Ungleichmäßigkeiten in der Schweißnaht zu vermeiden. Auch ist das Gewicht und somit der Bedarf an Kernmaterial der Transformatoren hoch und sollte mit Hinblick auf tragbare Schweißgeräte verringert werden.
Unerwünschte Einflüsse der Belastung und der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung werden gewöhnlich durch eine elektronische Regeleinrichtung kompensiert, welche die Ausgangsspannung mißt und die Eingangsspannung regelt. Wird eine Abnahme der Ausgangsspannung gemessen, dann wird die Eingangsspannung erhöht oder umgekehrt.
Ferner werden Hochfrequenzkomponenten erzeugt, wenn die Eingangsspannung durch ein Zerhacker-Stromversorgungsgerät bereitgestellt wird. Typische Stromversorgungsgeräteanwendungen erfordern deshalb ein Wellenfiltern, um die Hochfrequenzkomponenten zu beseitigen.
In der Patentschrift WO 99/17316 wird ein Transformator offenbart, der einen Mittelschenkel aufweist, der parallel zu den Primär- und Sekundärwicklungen angekoppelt ist. Der Transfor mator verfügt ferner über einen Spalt im Mittelschenkel und wird durch eine äußere Steuereinheit geregelt.
In der Patentschrift GB 803,911 wird ein Transformator offenbart, der einen Luftspalt in einem Mittelschenkel aufweist und ferner einen Sekundärschenkel umfaßt, der in zwei Glieder unterteilt ist. Jedes der beiden Glieder trägt eine Sekundärwicklung, wobei die zwei Wicklungen miteinander verbunden sind und eine Last speisen.
In der Patentschrift GB 2 033 163 A wird ein Transformator beschrieben, der einen Luftspalt zwischen einer Primär- und einer Sekundärwicklung aufweist, die auf zwei benachbarten Schenkeln angeordnet sind. Der Transformator legt keinen Resonanzkreis offen.
In der Patentschrift WO 97/29494 wird ein Transformator mit mehreren Abgriffen an der Sekundärwicklung beschrieben, die wahlweise angeschlossen werden, um die Ausgangsspannung zu regeln.
Eine weitere Möglichkeit ist, die Ausgangswechselspannung durch einen Gleichrichter in eine Gleichspannung umzuformen und die Gleichspannung mit Hilfe von Z-Dioden oder ähnlichen Bauelementen zu regeln, um eine stabilisierte Ausgangsspannung zu erhalten.
Diese Verfahren erfordern eine sehr große Menge von Regel- und Stabilisierungselementen.
Es ist erwünscht, ein Stromversorgungsgerät mit einer reduzierten Zahl von Elementen und vorzugsweise einen Transformator zu erhalten, der eine Ausgangsspannung bereitstellt, die weitgehend unabhängig von der Last und der Höhe der Versorgungsspannung ist. Ferner ist es erwünscht, einen Transformator zu erhalten, der zur Wellenformung in der Lage ist und eine Strombegrenzung bereitstellt.
Die Erfindung betrifft deshalb einen Transformator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, der die oben erwähnte Aufgabe erfüllt.
Die Erfindung betrifft einen Transformator, der eine stabilisierte Ausgangsspannung aufweist, wobei der Stabilisierungseffekt von sich aus durch die elektrische und magnetische Struktur erreicht wird. Die Ausgangsspannung wird durch Regeln der magnetischen Verbindung zwi schen der mindestens einen Primär-(Eingangs-)Wicklung und den Sekundär-(Ausgangs)Wicklungen stabilisiert.
Mindestens die Eingangswicklung und mindestens eine erste Sekundärwicklung und eine zweite Sekundärwicklung sind alle jeweils um einen von drei Schenkeln gewickelt und magnetisch durch ein oberes Joch mit einem Luftspalt sowie durch ein unteres Joch verbunden. Ein durch die Sekundärwicklungen und einen Kondensator gebildeter Resonanzkreis liefert eine hohe Sättigung der magnetischen Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen. Die Resonanz wird begrenzt durch den Luftspalt, der auch die Sättigung steuert, sowie durch einen Laststrom, welcher durch die Sekundärwicklungen einer angeschlossenen Last bereitgestellt wird. Wenn das Verhalten hauptsächlich durch den Einfluß des Resonanzkreises gekennzeichnet ist, dann scheint die Induktivität, die auf die einen Teil des Resonanzkreises bildenden Sekundärwicklungen bezogen ist, stark vergrößert zu sein. Für veränderliche Bedingungen, d.h. eine veränderliche Last oder eine veränderliche Eingangsspannung an der mindestens einen Primärwicklung, werden der Gesamtfluß in den Sekundärwicklungen und folglich die Ausgangsspannung an den Sekundärwicklungen konstant gehalten, indem die Sättigung der magnetischen Verbindung gesteuert wird, die für geringe Belastungen hauptsächlich vom Resonanzkreis und für hohe Belastungen von der Last abhängig ist. Mit anderen Worten wird die magnetische Verbindung zwischen der Primärwicklung und den Sekundärwicklungen und somit die Leistungsübertragung zwischen der als Eingangswicklung verwendeten Primärwicklung und den als Ausgangswicklungen verwendeten Sekundärwicklungen durch die Belastung beeinflußt, da der zusätzliche Fluß, der durch die Belastung erzeugt wird, und der Fluß, der durch den Resonanzkreis erzeugt wird, den Sättigungsgrad der magnetischen Verbindung regeln. Auch die Dämpfung der Resonanz nimmt parallel zur Belastung zu. Dieses Regelungsverhalten kann durch einen Luftspalt beeinflußt werden, der eine direkte Auswirkung auf die magnetische Verbindung hat.
In einer Ausführungsform wird die eine Primärwicklung durch einen ersten Schenkel getragen, während die mindestens zwei Sekundärwicklungen durch entsprechende zwei Schenkel getragen werden. Die Sekundärwicklungen sind mit einer Kapazität verbunden, so daß sie einen Resonanzkreis ausbilden. Die Schenkel sind an ihren jeweiligen Enden mittels zweier Joche verbunden, wobei mindestens eines der Joche zwischen den jeweiligen Schenkeln, welche die Sekundärwicklungen tragen, einen Luftspalt aufweist. Mit dieser Ausführungsform kann der Stabilisierungseffekt mit einem Minimum an magnetischen Schenkeln erreicht werden.
In einem ersten Lastbereich ist die Spannung konstant, und deshalb können beliebige Einflüsse der Eingangsspannung oder der Last kompensiert werden. In einem zweiten Bereich mit einer höheren Last nimmt die Spannung schnell ab und sorgt so für die Strombegrenzung. Dieser Betriebsbereich kann für Schweißanwendungen genutzt werden, da der Strom über einen weiten Bereich konstant ist und somit Änderungen kompensiert, die durch sich verändernde Abstände zwischen der Elektrode und der Schweißoberfläche erzeugt werden. Deshalb stellt der Transformator ohne irgendwelche zusätzlichen Regelungsmittel einen sehr stabilen Bogen bereit, und somit ist die Schweißnaht regelmäßiger im Vergleich mit den Ergebnissen, die mit den herkömmlichen Schweißstromversorgungen erreicht werden. Zudem kann die Menge an Kernmaterial im Vergleich zu den herkömmlichen Schweißvorrichtungen angemessen verringert werden, wobei dieselbe Schweißleistung angenommen wird.
Ferner wird durch den erfindungsgemäßen Transformator ein Wellenformungseffekt erbracht, wobei die Hochfrequenzverzerrungen reduziert werden, wenn z.B. eine zerhackte Versorgungsspannung verwendet wird. Auch die Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren kann einfacher ausgeführt werden, ohne daß kostspielige Gleichrichteranlagen benötigt werden.
Eine zweite Ausführungsform umfaßt einen zusätzlichen Schenkel und eine zusätzliche Primärwicklung. Die zwei Primärwicklungen sind auf den zwei äußeren Schenkeln angeordnet, und die zwei Sekundärwicklungen sind auf den inneren Schenkeln angeordnet. Die zwei Primärwicklungen sind elektrisch verbunden, und die Sekundärwicklungen sind elektrisch verbunden. Diese Ausführungsform liefert eine symmetrische Struktur und stellt eine konstante Ausgangsspannung an den Primärwicklungen über einen weiten Bereich von Eingangsspannungen bereit, die an den Sekundärwicklungen angelegt werden.
Vorzugsweise stellen die Sekundärwicklungen Zwischenabgriffe bereit, welche eine Möglichkeit vermitteln, die gewünschte Ausgangsspannung auszuwählen, indem die Anzahl der Windungen auf beiden Seiten der Zwischenabgriffe ausgewählt wird. Alternativ umfaßt der Transformator dritte und vierte Sekundärwicklungen, wobei die ersten und zweiten Sekundärwicklungen zusammen mit einem Kondensator den Resonanzkreis ausbilden und die dritten und vierten Wicklungen die Ausgangsspannung liefern. Auf diesem Wege können die zwei Funktionen der Sekundärwicklungen separiert werden.
Ferner können die Sekundärwicklungen, welche die Ausgangsspannung liefern, in Reihe geschaltet werden. Auf diesem Wege kann eine höhere Gesamtausgangsspannung erreicht werden. Auch die Sekundärwicklungen können in Reihe geschaltet werden, wobei sich die Induktivitäten der entsprechenden Sekundärwicklungen addieren. Somit kann für eine Resonanz mit der gewünschten Frequenz, dh. der Versorgungsfrequenz, z.B. 50 oder 60 Herz, ein niedrigerer Kapazitätswert verwendet werden. Für eine Ausführungsform der Erfindung, die von einem Zerhackeranschluß und deshalb mit einer Hochfrequenzspannung gespeist wird, können die Werte des Kondensators wie auch die Werte der Induktivitäten, welche durch die für den Resonanzkreis verwendeten Sekundärwicklungen geliefert werden, im Vergleich zu Anwendungen mit 50/60 Hz angemessen verringert werden.
Die magnetische Verbindung der Schenkel wird vorzugsweise durch zwei Joche, eines für jede Seite der Schenkel, erbracht. Diese Joche können einen Luftspalt oder ein magnetisches Material umfassen, das eine unterschiedliche Qualität der magnetischen Verbindung zwischen den Schenkeln nach sich zieht, welche die Sekundärwicklungen tragen, und der magnetischen Verbindung zwischen den anderen entsprechenden Schenkeln. Auf diesem Wege können der Sättigungsgrad und die durch die Sättigung verursachte Transformatorkenngröße leicht gesteuert werden. Auch kann der Transformator in einem Standardverfahren hergestellt werden.
Die Wickelrichtung aller Wicklungen kann die gleiche sein. Das vereinfacht auch die Herstellungsprozeß des Transformators.
Vorzugsweise sind die zwei Primärwicklungen in Reihe geschaltet. Das reduziert bei einer gegebenen Eingangsspannung die für eine gegebene Ausgangsspannung benötigte Anzahl der Windungen.
Es ist vorteilhaft, daß die magnetische Verbindung zwischen den Schenkeln, welche die Wicklungen tragen, die einen Teil von mindestens einem Resonanzkreis bilden, einen magnetischen Streufluß und einen ferromagnetischen Verlust liefert, welche beide genutzt werden können, um die Dämpfung des Resonanzkreises und damit sein Verhalten und seinen Einfluß auf die stabilisierenden Kenngrößen des Transformators zu steuern.
Vorzugsweise weisen alle Primärwicklungen und alle Sekundärwicklungen jeweils die gleiche Anzahl von Windungen auf. Das ergibt eine vollständig symmetrische Struktur und ermöglicht einen vereinfachten Produktionsprozeß.
Um die magnetische Verbindung und die Sättigung im Magnetmaterial des Transformators zu beeinflussen, kann sich der Querschnitt der Schenkel, welche die Sekundärwicklungen tragen, von den Querschnitten der Schenkel, welche die Primärwicklungen tragen, unterscheiden. Das ermöglicht auch eine Steuerung der Sättigung und damit der Kenngrößen des Transformators.
Eine Ausführungsform, die eine zusätzliche Primärwicklung umfaßt, würde eine flexiblere Verbindung des Transformators mit einem elektrischen Stromversorgungsnetz ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators, welche drei Schenkel umfaßt, die eine Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen aufweisen.
1b zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators, welche vier Schenkel umfaßt, die zwei Primär- und zwei Sekundärwicklungen aufweisen.
2 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators, in welcher zwei Sekundärwicklungen für einen Resonanzkreis verwendet werden, wobei jede einen Zwischenabgriff aufweist.
3 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators, in welcher zwei Sekundärwicklungen einen Resonanzkreis bilden und zwei weitere Wicklungen als Ausgangswicklung verwendet werden.
4 zeigt das Verhalten der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer veränderlichen Last für drei erfindungsgemäße Transformatoren, die unterschiedliche Luftspaltbreiten aufweisen.
5 zeigt die Wellenfilterungs- und Wellenformungscharakteristiken einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer veränderlichen Eingangsspannung für verschiedene Belastungsumstände.
7 zeigt die Ausgangsstromcharakteristiken abhängig von einem veränderlichen Belastungswiderstand.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1a zeigt ein Schaltbild der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen stabilisierten Transformators. Der Transformator weist drei Schenkel 1, 2, 3 auf, die parallel zueinander und magnetisch durch zwei Joche 9, 9' verbunden sind. Diese Struktur kann aus einem gewöhnlichen EI-Kern hergestellt werden. Die zwei Sekundärwicklungen 5, 6 sind elektrisch mit einem Kondensator 7 verbunden, so daß sie einen Resonanzkreis bilden, der zwei Induktivitäten aufweist, welche durch die Sekundärwicklungen gebildet werden, die jede auf einem anderen Schenkel angeordnet sind. Die magnetische Verbindung zwischen den Schenkeln, welche die Sekundärwicklungen 5, 6 tragen, weist einen Luftspalt 8 auf. Eine Primärwicklung 4 wird durch den ersten Schenkel 1 getragen, während die Sekundärwicklungen 5, 6 durch die Schenkel 2 bzw. 3 getragen werden. Einer der Schenkel, der die Sekundärwicklungen 5, 6 trägt, ist als Mittelschenkel des EI-Kerns ausgebildet.
1b zeigt ein Schaltbild der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen stabilisierten Transformators. Der Transformator weist vier Schenkel 10, 12, 14, 16 auf, die parallel zueinander und magnetisch verbunden sind. Die Schenkel 10–16, welche die Form eines Stabes aufweisen, sind von derselben Länge. Jeder Schenkel weist zwei Enden auf, ein oberes Ende und ein unteres Ende, und alle oberen Enden sind magnetisch durch ein oberes Joch 50 verbunden, das senkrecht zu den Stäben ist, und alle unteren Enden sind durch ein unteres Joch 52 verbunden, das auch senkrecht zu den Schenkeln 10–16 und somit parallel zum oberen Joch 50 ist. Hinsichtlich der Schenkel 10–16 kann zwischen den zwei äußeren Schenkeln 10, 12 und den zwei inneren Schenkeln 14, 16 unterschieden werden.
Eine erste Primärwicklung 20 mit einer ersten Windungszahl n_p ist um einen ersten äußeren Schenkel 10 gewickelt, und eine zweite Primärwicklung 22, die eine zweite Windungszahl n_p' aufweist, ist um den zweiten äußeren Schenkel 12 gewickelt. Beide Primärwicklungen 20, 22 sind elektrisch in Reihe geschaltet, und eine Eingangsspannung U_p kann an die Primärwicklungen 20, 22 angelegt werden. Angetrieben durch diese Eingangsspannung U_p erzeugt die erste Primärwicklung 10 einen magnetischen Fluß in dem ersten äußeren Schenkel 20, welcher antiparallel zu dem magnetischen Fluß ist, der durch die zweite äußere Wicklung 22 im zweiten Primärschenkel 12 erzeugt wird. Es würde auch möglich sein, die beiden Primärwicklungen antiparallel zu schalten, was zu dem gleichen Effekt führen würde. Alternativ würde es möglich sein, die zwei Primärwicklungen parallel zu schalten, wobei die Primärwicklungen Wickelrichtungen aufweisen, die einander entgegengesetzt sind.
Eine erste 30 und eine zweite 32 Sekundärwicklung sind jeweils um die beiden inneren Schenkel 14, 16 gewickelt, wobei sie die gleiche Wickelrichtung aufweisen. Die Sekundärwicklungen 30, 32 sind parallel zueinander geschaltet, auf der einen Seite durch eine direkte elektrische Verbindung und auf der anderen Seite der Sekundärwicklungen durch einen Kondensator C, 40. Die Größe des Kondensators C wird so ausgewählt, daß mit den ersten und zweiten Sekundärwicklungen einen Resonanzkreis bei der Frequenz der Ausgangsspannung, zum Beispiel der Nenn(Anschluß-)Frequenz 50 Hz, gebildet wird.
Wird die Eingangsspannung Up an die ersten und zweiten Primärwicklungen 20, 22, die in Reihe geschaltet sind, angelegt, dann erzeugt jede von ihnen einen magnetischen Fluß im ersten 10 bzw. im zweiten 12 äußeren Schenkel. Wegen der magnetischen Anbindung, die durch das obere 50 und das untere 52 Joch gegeben ist, und der elektrischen Verknüpfung werden die durch die Eingangsspannung erzeugten Flüsse in den äußeren Schenkeln 10, 12 addiert. Auch der Fluß, der vom Stromfluß durch die Sekundärwicklungen 30, 32 herrührt, wird in den inneren Schenkeln 14, 16 addiert, wenn an die Sekundärwicklungen eine Last geschaltet wird.
Das obere Joch 50 zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Schenkel 14, 16 umfaßt einen Abschnitt auf, der einen Luftspalt 60 aufweist. Die magnetische Führung oder Reluktanz an diesem Abschnitt unterscheidet sich von der magnetischen Führung oder Reluktanz des restlichen Jochs. Die magnetische Führung oder magnetische Reluktanz bezeichnet die effektive Permeabilität und damit die Fähigkeit der magnetischen Verbindung, d.h. der Joche, den magnetischen Fluß im Material zu konzentrieren. Diese Fähigkeit ist im Grunde abhängig von der effektiven Permeabilität des Jochs, die von der magnetischen Permeabilität, der Geometrie der magnetischen Verbindung und von Effekten, die ein Streufeld verursachen, z.B. Luftspalten, abhängig ist.
Der Unterschied der magnetischen Führung und folglich der effektiven Permeabilität kann auch durch einen Jochabschnitt verursacht werden, der einen breiteren oder schmaleren Querschnitt aufweist. Insbesondere erzeugt ein sich verjüngender Bereich des Jochs eine höhere Flußdichte, und deshalb ist das Material, das den magnetischen Fluß leitet, auf einer höheren Sättigungsstufe als das restliche Jochmaterial. Auch ein Abschnitt, der Material mit einer niedrigeren Permeabilität oder magnetisches Material enthält, das eine niedrigere Stufe der maximalen Sättigung aufweist, würde die gewünschte Abhängigkeit der magnetischen Anbindung von dem im Joch vorliegenden Fluß verursachen.
Wenn die Eingangsspannung an die zwei Primärwicklungen 20, 22 angelegt wird, dann wird eine elektromagnetische Kraft EMK in der ersten 30 und der zweiten Sekundärwicklung 32 induziert, welche den Primärwicklungen 20, 22 benachbart sind.
Durch die EMK wird ein gewisser Strom in der ersten 30 und in der zweiten 32 Sekundärwicklung sowie im Kondensator C, 40 erzeugt, und deshalb wird eine zusätzliche Eigen-EMK in den zwei Sekundärwicklungen 30, 32 induziert. Diese Eigen-EMK wird verstärkend der EMK hinzugefügt, die durch den Strom induziert wird, der durch die Primärwicklungen 20, 22 fließt, und somit wird die am Kondensator C, 40 anliegende Spannung zusätzlich vergrößert. Wird die am Kondensator 40 anliegende Spannung vergrößert, dann wird der Strom erhöht, der den Sekundärwicklungen 30, 32 zugeführt wird, was zu einem Resonanzanstieg der zusätzlichen Eigen-EMK führt. Die Begrenzung der Eigen-EMK hängt von den Sättigungskenngrößen des magnetischen Materials der Joche 50, 52 (und der Schenkel) ab, die nichtlinear zum verursachenden Magnetfeld sind. Auf diese Weise ist die Spannung Us, die durch die Sekundärwicklungen 30, 32 bereitgestellt wird, nichtlinear zur Eingangsspannung Up, die an den Primärwicklungen 20, 22 angelegt wird, und ferner ist das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsspannungen durch den Sättigungsprozeß gekennzeichnet, in welchem der Resonanzanstieg des Resonanzkreises sich verändernde Lasten an den Sekundär-(d.h. Ausgangs-)Wicklungen und sich verändernde Eingangsspannungen, die an den Primärwicklungen anliegen, ausgleicht.
In der in 1b dargestellten Ausführungsform ist die Anzahl der Windungen in der ersten Primärwicklung n_p gleich der Anzahl der Windungen der zweiten Primärwicklung n_p'. Die Anzahl der Windungen n_s der ersten Sekundärwicklung ist gleich der Anzahl der Windungen der zweiten Sekundärwicklung n_s'. In diesem Beispiel wird der Einfachheit halber n_p = n_s angenommen.
Die erste 30 und die zweite Sekundärwicklung 32 stellen zwei Induktanzen dar, die in Reihe geschaltet sind. Deshalb wird ihre Induktivität zusammengefaßt und parallel zum Kondensator C, 40 geschaltet. Die Induktivität hängt von der Geometrie der Sekundärwicklungen 30, 32, der entsprechenden Schenkel 14, 16, sowie von den Windungszahlen n_p und n_s ab; ferner hängt die Induktivität von der anderen effektiven Permeabilität ab, die sich mit dem Sättigungsgrad des magnetischen Materials der Schenkel 14, 16 verändert. Auch ist das Material der Joche 50, 52 für hohe magnetische Flüsse gesättigt. Die zusammengefaßte Induktivität der ersten und zweiten Sekundärwicklungen 30, 32 und die Kondensatorgröße C, 40 werden so gewählt, daß für die gewünschte Frequenz der Ausgangsspannung Us, zum Beispiel 50 Hz, Resonanz vorliegt. Unter der Annahme, daß die Eingangsspannung Up erhebliche Frequenzanteile in der Nähe oder bei der Resonanzfrequenz umfaßt, werden die Sekundärwicklungen bei dieser Frequenz zu einer Resonanz erregt. Die Menge an Energie, die zwischen dem Kondensator 40 und der Induktivität der Sekundärwicklungen 30, 32 ausgetauscht wird, wächst durch Resonanz an und wird durch den maximalen magnetischen Fluß begrenzt, bei dem eine vollständige magnetische Sättigung des Magnetmaterials an dem Jochabschnitt erreicht wird, der die höchste Flußdichte aufweist. Ferner wird die Resonanz durch die Belastung, die am Ausgang der Sekundärwicklungen 30, 32 vorliegt, und durch Verluste infolge eines magnetischen Streuflusses gedämpft.
Unter der Annahme, daß eine Eingangsspannung Up an die Primärwicklungen 20, 22 angelegt ist und daß die Belastung, die an den Sekundärwicklungen 30, 32 auftritt, anfangs vernachlässigbar sein soll. In diesem Falle wird diejenige magnetische Ankopplung, die durch das obere und das untere Joch verkörpert wird, durch den nahezu ungedämpften Resonanzkreis, der durch die Sekundärwicklungen 30, 32 und die Kapazität 40 gebildet wird, gesättigt.
Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises sollte bei oder in der Nähe der Frequenz der Eingangsspannung liegen, die an den Primärwicklungen angelegt wird, und deshalb sollte der Wert der Kapazität 40 (oder der Induktivität der Sekundärwicklungen) so gewählt werden, daß er diese Bedingung erfüllt. Die Ausgangsspannung Us an den Sekundärwicklungen 30, 32 ist durch den maximalen Sättigungsgrad der Joche 50, 52, insbesondere am Abschnitt 60 zwischen den beiden inneren Schenkeln 30, 32, begrenzt. Bei einer zunehmenden Last wird der Resonanzkreis durch die Last gedampft, und er hat deshalb einen verminderten Einfluß auf die Sättigung. Die Sättigung wird zunehmend durch den hohen Fluß beeinflußt, der durch den (Last-)Strom einzeugt wird, der durch die Sekundärwicklungen 30, 32 (und die Last) fließt. Beide Einflüsse kompensieren einander, und folglich wird eine ab- oder zunehmende Last durch den zu- oder abnehmenden Einfluß des Resonanzkreises ausgeglichen, was zu einer nahezu konstanten Ausgangsspannung Us an den Sekundärwicklungen 30, 32 für eine veränderliche Last führt.
Die Reaktionskurve der Ausgangsspannung Up in Abhängigkeit von einer Lastveränderung (und damit in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom) wird durch zusätzliche Luftspalte 60, 260, 260' in einem 50 oder in beiden Jochen 50, 52 beeinflußt, wobei sowohl die magnetischen Kenngrößen des Materials als auch der ferromagnetische Verlust berücksichtigt werden.
In 2 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators dargestellt. Sie umfaßt auch vier Schenkel 110–116, die durch zwei Joche 150, 152 verbunden sind, und sie umfaßt zwei Primärwicklungen 120, 122, die in Reihe geschaltet und symmetrisch an den äußeren Schenkeln 110, 112 angeordnet sind. Ferner sind symmetrisch an den inneren Schenkeln auch zwei Sekundärwicklungen angebracht, die über einen Kondensator 140 in Reihe geschaltet sind, so daß sie einen Resonanzkreis ausbilden. Eines der Joche 150 zwischen den inneren Schenkeln 114, 116 ist durch einen Luftspalt 160 unterbrochen.
Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausführungsform enthält jede der Sekundärwicklungen 130, 132 einen Zwischenabgriff 170, an dem die Ausgangsspannung Us bereitgestellt wird. Der Resonanzkreis wird durch die vollständigen Sekundärwicklungen 130, 132 und die Kapazität 140 gebildet, wohingegen die Ausgangsspannung Us jeweils nur durch einen Teil der Sekundärwicklungen 130, 132 bereitgestellt wird. Das Verhältnis zwischen den Wicklungen, die durch diesen Teil der jeweiligen Sekundärwicklungen erfaßt werden, und der Anzahl der Windungen der gesamten Sekundärwicklungen 130, 132 ermöglicht es, das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung Up und der konstanten Ausgangsspannung Us zu bestimmen. Auf diese Weise kann auch die Einwirkung des Resonanzkreises auf den Ausgleich zwischen der Dämpfung des Resonanzkreises und der Sättigung der Joche 150, 152 beeinflußt werden.
In 3 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine ähnliche vierschenklige Struktur wie die Ausführungsformen von 2 auf, die Sekundärwicklungen 230, 232, 234, 236 sind jedoch in zwei Funktionsteile unterteilt, die nicht elektrisch verbunden sind. Der erste Funktionsteil ist der Resonanzkreis, der durch den Kondensator 240 und die erste und zweite Sekundärwicklung 230, 232 gebildet wird. Der zweite Funktionsteil der Sekundärwicklungen umfaßt die dritte und vierte Sekundärwicklung 234 und 236, die beide symmetrisch an den zwei inneren Schenkeln 214, 216 angeordnet sind. Diese dritten und vierten Sekundärwicklungen 234 und 236 sind elektrisch verbunden und stellen eine Ausgangsspannung Us bereit. Mit dieser Struktur kann die Ausgangsspannung völlig unabhängig von den Kenngrößen des Resonanzkreises gewählt werden, der durch die ersten und zweiten Sekundärwicklungen 230, 232 und die Kapazität 240 gebildet wird. Die Windungszahlen aller Wicklungen wurden symmetrisch gewählt, d.h. np = np', ns = ns' und no = no'. In Abhängigkeit von der Anwendung und den gewünschten Verhaltenskenngrößen kann die Windungszahl für mindestens eine der Wicklungen auch unsymmetrisch sein. Die Joche 250, 252 weisen alle zwischen den inneren Schenkeln 214, 216 einen Luftspalt 260, 260' auf, was den gewünschten Einfluß auf die Sättigungscharakteristik und auf die Dämpfung des Resonanzkreises erbringt.
4 ist eine graphische Darstellung, die den Einfluß der Breite eines Luftspalts veranschaulicht. Es sind die Abhängigkeiten zwischen der Sekundär-Ausgangsspannung Us, die durch die Sekundärwicklungen 30, 32, 130, 132, 230, 232 des erfindungsgemäßen Transformators bereitgestellt wird, und dem Strom Is dargestellt, der durch eine Last fließt, die an die Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Für einen ersten Bereich des Ausgangsstromes Is, der durch (A) gekennzeichnet ist, bleibt die Spannung beim Spannungswert Uc nahezu konstant. In einem zweiten Bereich (B) bricht die Ausgangsspannung Us bei einer kleinen Zunahme des Ausgangsstromes Is schnell zusammen. Dieses Verhalten kann für eine Kurzschlußsicherung oder für Überlastzustände sowie für eine Konstantstromversorgung mit einem Arbeitspunkt im Bereich (B), z.B. für Schweißmaschinen, verwendet werden.
Das Verhalten des Transformators hinsichtlich der Ausgangsspannung Us und des Ausgangsstromes Is im Bereich (B) kann als das Verhalten einer Konstantstromquelle gedeutet werden. Insbesondere mit Bezug auf Kurve (2) bleibt der Strom bei einem Wert Ic nahezu konstant, während sich die Spannung über einen großen Bereich zwischen Us und 0 verändert. Der erfindungsgemäße Transformator, der in diesem Arbeitsbereich arbeitet oder einen Arbeitspunkt an diesem steilen Abfall der Ausgangsspannung U2 aufweist, ist besonders für Schweißanwendungen geeignet. Mit einem konstanten Strom Ic, der am Ausgang des Transformators bereitgestellt wird, wird der Lichtbogen stabil gehalten, und somit werden weniger Funken erzeugt, und das Schweißergebnis ist sehr gleichförmig. Im allgemeinen liefert diese Kennlinie des erfin dungsgemäßen Transformators für Stromversorgungsanwendungen, in denen ein Lichtbogen bei sich verändernden Belastungen eingesetzt wird, sehr stabile Ausgangskenngrößen. Die Kenngrößen dieses zweiten (Herunterfahr- oder Konstantstromquellen-)Bereichs (B) können gewählt werden, indem die Breite des Luftspalts 60, 160, 260, 260' verändert wird, wobei die Kurve (1) das Verhalten für einen breiten Luftspalt, z.B. 3 mm, Kurve (2) das Verhalten für einen schmalen Luftspalt, z.B. 2 mm, und Kurve (3) das Verhalten für einen sehr schmalen Luftspalt, z.B. 0,5 mm, zeigt. Es soll angemerkt werden, daß für einen Gesamtfluß, der von den jeweiligen Jochen aufgenommen wird, der Kernaufbau von Kurve (1) zu einem größeren Wert des magnetischen Streuflusses führt als der Kernaufbau zu Kurve (2) oder (3). Deshalb hat der Kernaufbau von Kurve (1) einen größeren Einfluß auf die Dämpfung des Resonanzkreises, da der magnetische Streufluß einen größeren Anteil der Dämpfungseffekte am Resonanzkreis bildet. Der höhere Streufluß für angemessene Lasten beeinflußt auch die magnetische Verbindung zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Primär- und Sekundärwicklungen 20, 36 bzw. 22 und 34, und deshalb hat er eine Auswirkung auf die stabilisierte Ausgangsspannung für Hochlastbedingungen.
Im Falle einer vernachlässigbaren Last, die an die Sekundärwicklungen 30, 32 angeschlossen ist, ist die stabilisierte Ausgangsspannung an den Sekundärwicklungen durch die maximale Sättigung des magnetischen Materials und den magnetischen Streufluß festgelegt, während eine zunehmende Last den Resonanzkreis dämpft, wobei die Spannung durch den abnehmenden Ausgleichseffekt zwischen dem Resonanzkreis und der Sättigung (d.h. der magnetischen Anbindung) des Jochabschnitts zwischen den zwei inneren Schenkeln 14, 16 konstant gehalten wird.
Wie in 5 dargestellt ist, erhöht der Einsatz eines Resonanzschaltkreises auch die Frequenzstabilität des Transformators in Verbindung mit einer Fähigkeit zur Wellenformung, da der Resonanzkreis die Merkmale eines Bandpaßfilters aufweist. Die Fähigkeit zur Wellenformung ermöglicht eine Sinuskurve am Ausgang des Transformators, welche nahezu unabhängig von einer symmetrischen Eingangswellenform oder der Last an den Sekundärwicklungen ist. Eine beliebige symmetrische Wellenform, die am Eingang Uin (d.h. die Primärwicklungen) zugeführt wird, wird geformt, und im Ergebnis schließt die Ausgangsspannung Uout des Transformators eine sinusförmige Form ein.
6 zeigt die Ausgangsspannungskennlinien des erfindungsgemäßen Transformators. Die Kurven zeigen die Abhängigkeit der Spannung U2 an den Sekundärwicklungen von den an den Primärwicklungen 20, 22 angelegten Spannung, die als U1 bezeichnet wird. Wenn die an die Sekundärwicklungen 31, 32 angeschlossene Last vernachlässigbar ist und die an die Primärwicklungen 20, 22 angelegte Spannung einen bestimmten Wert erreicht, der durch (b) gekennzeichnet ist, dann erreicht die Spannung an den Sekundärwicklungen einen Grenzwert, der durch (d) gekennzeichnet ist, welcher unmittelbar auf den Sättigungsgrenzwert des magnetischen Kreises bezogen ist. Wenn sich die Versorgungsspannung an den Primärwicklungen über (b) hinaus erhöht, dann wird in einer der Sekundärwicklungen 30, die der jeweiligen Primärwicklung 20 benachbart ist, eine elektromagnetische Kraft entsprechend dem vergrößerten Wert der Spannung an den Primärwicklungen 20, 22 induziert. Diese elektromagnetische Kraft ist gleich dem resultierenden Vektor aus den zwei elektromagnetischen Kräften, die in der betroffenen Sekundärwicklung 30 durch die benachbarte Primärwicklung 20 und die weiter weg liegende Primärwicklung 22 induziert werden. Für die andere Sekundärwicklung 32 läuft der Vorgang in einer symmetrischen Weise – hervorgerufen durch den Fluß der jeweiligen benachbarten Primärwicklung 22 und durch den Fluß der jeweiligen weiter weg liegenden Wicklung 20 – im Schenkel 16 ab, um den die andere Sekundärwicklung 32 gewickelt ist. Es ist anzumerken, daß der Fluß, der in einem inneren Schenkel (z.B. 14) durch die jeweilige benachbarte Primärwicklung (z.B. 22) hervorgerufen wird, wegen des Luftspaltes 60 zwischen den inneren Schenkeln 14, 16 immer höher ist als der Fluß, der durch die jeweilige entfernt liegende Wicklung (z.B. 20) hervorgerufen wird oder sich zumindest von ihm unterscheidet. Wie oben beschrieben ist, können beliebige Mittel in den Jochabschnitten zwischen den zwei inneren Schenkeln 14, 16 verwendet werden, die in der Lage sind, die magnetische Führung zu verringern. Folglich wird eine Kompensation zwischen der Sättigung, die durch den Belastungsstrom an den Sekundärwicklungen erzeugt wird, und der Sättigung, die durch den Resonanzkreis erzeugt wird, erreicht. Deshalb wird die Ausgangsspannung auf einer nahezu konstanten Höhe (c) ... (d) stabilisiert, während die Eingangsspannung an den Primärwicklungen in einem weiten Bereich (b) ... (a) schwanken kann.
Wegen des angemessenen Stromes im Resonanzkreis, der durch die Sekundärwicklungen 30, 32 und durch C, 40 gebildet wird, wird an den Sekundärwicklungen 30, 32 die Ausgangsspannung bei einem konstanten Wert bereitgestellt, da der Strom im Resonanzkreis, der eine Phasendifferenz von nahezu +90° zur Phase des Stromes durch die Last aufweist, ein höheres Niveau aufweist als der Laststrom bei einer kleinen Last.
Eine Verringerung der Eingangsspannung U1 würde zu einem geringeren magnetischen Fluß und somit zu einem niedrigeren Sättigungsgrad bezüglich der magnetischen Anbindung 50, 52, 60 führen. Ein niedrigerer Sättigungsgrad bewirkt eine bessere Verbindung am Jochabschnitt 60 zwischen den zwei inneren Schenkeln 14, 16 sowie einen höheren im Resonanzkreis schwingenden Strom, da der Resonanzkreis weniger gedämpft ist. Daraus folgt eine Erhöhung des Sättigungsgrades, bis die durch die Sättigung erhöhte Dämpfung im Gleichgewicht ist mit dem niedrigeren Fluß, der infolge der niedrigeren Eingangsspannung durch die Primärwicklungen 20, 22 erzeugt wird. Dieser Ausgleichseffekt führt zu einer stabilen Ausgangsspannung, welche in weiten Bereichen unabhängig von der Eingangsspannung ist.
In 6 ist auch die Abhängigkeit zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung für unterschiedliche Belastungszustände dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Abhängigkeit zwischen U1 und U2 für eine vernachlässigbare Last, Kurve 2 zeigt die Abhängigkeit zwischen U1 und U2 für eine angemessene Last, und Kurve 3 zeigt die Abhängigkeit für eine hohe Last, die höher ist als die Lasten zu den Kurven 1 und 2. Wie oben beschrieben wurde, wird bei einer bestimmten Eingangsspannung U1 = b, die zur Ausgangsspannung U2 = d gehört, ein ausgeglichener Zustand erreicht, und für vergrößerte Spannungen bleibt die Ausgangsspannung nahezu konstant. Es ist anzumerken, daß sich die Ausgangsspannung U2 für einen weiten Bereich b ... a der Eingangsspannung U1 nur über einen kleinen Bereich d ... c hinweg verändert. Der Bereich, in dem die Ausgangsspannung U2 nahezu konstant ist, beginnt bei einer minimalen Eingangsspannung U1, die von der Last abhängt, die an den Eingang (d.h. die jeweiligen Sekundärwicklungen) des Transformators angeschlossen ist. Für eine hohe Last (Kurve 3) ist diese minimale Eingangsspannung höher als die minimale Spannung für eine niedrige (Kurve 2) oder eine vernachlässigbare (Kurve 1) Last, die an die Sekundärwicklung angeschlossen ist.
7 veranschaulicht das Verhalten des erfindungsgemäßen Transformators für veränderliche Lasten, wobei eine graphische Darstellung des Eingangsstromes I1, welcher der (den) Primärwicklung(en) zugeführt wird, und des für eine veränderliche Last R an den Sekundärwicklungen erzeugten Ausgangsstromes I2 gezeigt wird.
Für hohe Belastungen, die äquivalent zu R im Bereich von 0 ... Rr sind, wird am Ausgang ein stabiler Strom Is bereitgestellt. Dies entspricht dem in 4, Bereich (B), dargestellten "Überlast"-Fall. Für Belastungen mit einem Widerstand größer als Rr nimmt der Strom kontinuierlich ab. Selbst wenn es in dieser graphischen Darstellung nicht gezeigt ist, ist die entsprechende Ausgangsspannung an der (den) Primärwicklung(en) konstant. Der Bereich für R > Rr ist äquivalent zum Bereich (A) in 4. Für ein besseres Verständnis der Kenngrößen des Trans formators sollte 7 in Verbindung mit 4 betrachtet werden, wobei 4 die Ausgangsspannungskennlinien und 7 die Ausgangsstromkennlinien für eine veränderliche Last (d.h. für einen veränderlichen Ausgangsstrom) zeigt.
Der Transformatorkern kann ein geschichtetes, gesintertes oder ein druckgegossenes Magnetmaterial aufweisen, das für hohe magnetische Flüsse gesättigt wird. Für verschiedene Teile des Transformators können Materialien vorgesehen werden, die unterschiedliche Sättigungskenngrößen aufweisen, d.h. ein Material 1 für die inneren Schenkel, ein Material 1' für die äußeren Schenkel, ein Material 2 für die magnetische Verbindung zwischen beiden inneren Schenkeln, wobei auf eine Ausführungsform mit vier Schenkeln Bezug genommen wird. Magnetische Materialien, wie z.B. Permalloy oder andere Ferritmaterialien, können in Abhängigkeit vom verwendeten Frequenzbereich verwendet oder ausgewählt werden. Der erfindungsgemäße Transformator kann auch für Hochfrequenzanwendungen eingesetzt werden, z.B. mit einer Zerhacker-Stromversorgung, da die Wellenformungsmerkmale des Transformators eine sinusförmige Ausgangswellenform sicherstellen. Im Falle hochfrequenter Eingangs- und Ausgangsspannungen kann das für die Schenkel und Joche verwendete Kernmaterial entsprechend ausgewählt werden. Der Kernquerschnitt des Kerns ist vorzugsweise konstant und kann quadratisch, rund oder von einer ähnlichen Form sein. Der Luftspalt kann durch einen Jochabschnitt mit einer reduzierten Länge ausgebildet sein, der eine Lücke ausläßt und somit die magnetische Anbindung beeinflußt. Anstelle des Luftspalts oder in Kombination mit ihm können auch ferromagnetische Materialien oder ein Jochabschnitt mit einem reduzierten Querschnitt verwendet werden, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erreichen.
In den dargestellten Ausführungsformen wird nur ein Kondensator verwendet. Es ist auch möglich, mehr als einen Kondensator in Kombination mit einer oder mehreren Sekundärwicklungen zu verwenden. Der(die) Kondensator(en) und die Sekundärwicklung(en) bilden einen Resonanzkreis, der in einer Parallel- oder Reihenschaltung oder in einer geeigneten Kombination daraus ausgeführt werden kann. Liegt mehr als eine Kapazität und somit mehr als ein Resonanzkreis vor, dann können sich die entsprechenden Resonanzfrequenzen voneinander unterscheiden, wobei die Resonanzkreise zumindest teilweise unabhängig schwingen können.
Für die Dämpfung des Resonanzkreises können auch magnetische Materialien verwendet werden, die eine magnetische Hysterese aufweisen, wodurch Teile der Energie, die zwischen dem Kondensator und der Induktivität schwingt, in einen magnetischen Verlust und folglich in Wärme überführt werden. Ferner kann der Kupferwiderstand der Wicklungen zu einem beträchtlichen Verlust an Schwingungsenergie im Resonanzkreis führen, und er muß berücksichtigt werden, wenn die Dämpfungen betrachtet werden, die einen Einfluß auf den Resonanzkreis haben.
Die Primär- und/oder Sekundärwicklungen können eine Anzahl von Zwischenabgriffen aufweisen, um eine Anpassung des Transformators an veränderliche Spannungs- oder Lastbedingungen und an unterschiedliche Anwendungen zu erleichtern.

Claims

Transformator, der umfaßt: – mindestens einen ersten (1), einen zweiten (2) und einen dritten (3) Schenkel, wobei alle Schenkel im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, – mindestens eine erste (4) Primärwicklung, – mindestens eine erste (5) und eine zweite Sekundärwicklung (6), und – mindestens einen Kondensator (7), wobei – mindestens die erste Primärwicklung (4) um den ersten Schenkel (1) gewickelt ist, – mindestens die erste Sekundärwicklung (5) um den zweiten Schenkel (2) gewickelt ist, – mindestens die zweite Sekundärwicklung (6) um den dritten Schenkel (3) gewikkelt ist, und der Kondensator (7) mit mindestens einer Wicklung verbunden ist, die um den zweiten Schenkel (2) gewickelt ist, und mit mindestens einer Wicklung, die um den dritten Schenkel (3) gewickelt ist, und einen Resonanzkreis bildet, wobei der erste Schenkel (1), der zweite Schenkel (2) und der dritte Schenkel (3) in dieser Reihenfolge angeordnet und magnetisch durch mindestens eine obere (9) und eine untere (9') magnetische Verbindung verbunden sind, welche die entsprechenden Enden der Schenkel verbindet, die erste (5) und die zweite (6) Sekundärwicklung derart elektrisch verbunden sind, daß ein Fluß, der durch die erste Sekundärwicklung (5) im zweiten Schenkel (2) erzeugt wird, antiparallel zu einem Fluß ist, der durch die zweite Sekundärwicklung (6) im dritten Schenkel (3) erzeugt wird, die Sekundärwicklungen (5, 6) mindestens eine Ausgangsspannung bereitstellen, und mindestens eine der oberen (9) oder unteren (9') Verbindungen einen Abschnitt (8) umfaßt, der zwischen dem zweiten (2) und dem dritten (3) Schenkel angeordnet ist, welcher eine magnetische Führung aufweist, die sich von der magnetischen Führung zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel unterscheidet.
Transformator, der umfaßt: – mindestens einen ersten (14) und einen zweiten (16) inneren Schenkel, einen ersten (10) und einen zweiten (12) äußeren Schenkel, wobei alle Schenkel im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, – zusätzlich mindestens eine erste Primärwicklung (20) und eine zweite (22) Primärwicklung und eine erste (30) und eine zweite (32) Sekundärwicklung und mindestens einen Kondensator (40), wobei – mindestens die erste Primärwicklung (20) um den ersten äußeren Schenkel (10) gewickelt ist, – mindestens die zweite Primärwicklung (22) um den zweiten äußeren Schenkel (12) gewickelt ist, – mindestens die erste Sekundärwicklung (30) um den ersten inneren Schenkel (14) gewickelt ist, – mindestens die zweite Sekundärwicklung (32) um den zweiten inneren Schenkel (16) gewickelt ist, und der Kondensator (40) mit mindestens einer Wicklung verbunden ist, die um den ersten inneren Schenkel (14) gewickelt ist, und mit mindestens einer Wicklung, die um den zweiten inneren Schenkel (16) gewickelt ist, und einen Resonanzkreis bildet, wobei der erste äußere Schenkel (10), der erste innere Schenkel (14), der zweite innere Schenkel (16) und der zweite äußere Schenkel (12) in dieser Reihenfolge angeordnet und magnetisch durch mindestens eine obere (50) und eine untere (52) magnetische Verbindung verbunden sind, welche die entsprechenden Enden der ersten und zweiten inneren und äußeren Schenkel verbindet, die erste (20) und die zweite (22) Primärwicklung derart elektrisch verbunden sind, daß ein Fluß, der durch die erste Primärwicklung (20) im ersten äußeren Schenkel (10) erzeugt wird, antiparallel zu einem Fluß ist, der durch die zweite Primärwicklung (22) im zweiten äußeren Schenkel (12) erzeugt wird, und mindestens eine der oberen (50) oder unteren (52) Verbindungen einen Abschnitt (60) umfaßt, der zwischen dem ersten (14) und dem zweiten (16) inneren Schenkel angeordnet ist, welcher eine magnetische Führung aufweist, die sich von der magnetischen Führung zwischen jedem der äußeren Schenkel und dem jeweils benachbarten inneren Schenkel unterscheidet.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Sekundärwicklungen einen Zwischenabgriff (A, A'; 170) aufweist, an dem die Ausgangsspannung bereitgestellt wird.
Transformator nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine dritte Sekundärwicklung (234), die um den ersten inneren Schenkel (214) gewickelt ist, und eine vierte Sekundärwicklung (236), die um den zweiten inneren Schenkel (216) gewickelt ist, die elektrisch verbunden sind, so daß ein Fluß, der durch die dritte Sekundärwicklung (234) in dem ersten inneren Schenkel (214) erzeugt wird, antiparallel zu einem Fluß ist, der durch die vierte Sekundärwicklung (236) in dem zweiten inneren Schenkel (212) erzeugt wird, wobei die dritte und vierte Sekundärwicklung eine der mindestens einen Ausgangsspannung bereitstellen und die erste und zweite Sekundärwicklung (230, 232) mit dem Kondensator (240) elektrisch derart verbunden sind, daß sie den Resonanzkreis ausbilden.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungen, die eine der mindestens einen Ausgangsspannung bereitstellen, in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (40) und die ersten und zweiten Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind, um den Resonanzkreis auszubilden.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der oberen (50) und unteren (52) magnetischen Verbindungen ein Joch einschließt, welches einen Luftspalt, einen Abschnitt mit einem vom Restjoch abweichenden Querschnitt, einem Material mit einer vom Restjoch abweichenden Permeabilität und/oder in dem Abschnitt eine vom Restjoch abweichende Sättigungsabhängigkeit vom Fluß aufweist, wobei der Abschnitt (60) zwischen den Schenkeln angeordnet ist, welche die Sekundärwicklungen (14, 16; 5, 6) tragen.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Verbindung zwischen den Schenkeln, welche die Sekundärwicklungen (14, 16; 5, 6) tragen, eine Abhängigkeit von einer Last, die an mindestens eine der die Ausgangsspannung bereitstellenden Sekundärwicklungen angeschlossen ist, und von einer Eingangsspannung aufweist, welche an mindestens eine der Primärwicklungen (4; 20, 22) angelegt wird.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8 mit einer ersten (20) und einer zweiten (22) Primärwicklung, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, wobei alle Primärwicklungen die gleiche Wickelrichtung und/oder alle Sekundärwicklungen die gleiche Wickelrichtung aufweisen.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens eine magnetische Verbindung zwischen den die Sekundärwicklungen tragenden Schenkeln (5, 6; 14, 16) aufweist, die einen magnetischen Streufluß und/oder einen ferromagnetischen Verlust liefert.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 11, wobei mindestens zwei Primärwicklungen (20, 22) die gleiche Anzahl von Windungen (n_p, n_p') und/oder mindestens zwei Sekundärwicklungen (30, 32) die gleiche Anzahl von Windungen (n_s, n_s') aufweisen.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schenkel (2, 3; 14, 16), welche die Sekundärwicklungen tragen, eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich von der Querschnittsfläche des mindestens einen Schenkels (1; 10, 12) unterscheidet, welcher die mindestens eine Primärwicklung trägt.
Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei um einen der inneren Schenkel (14, 16) mindestens eine zusätzliche Primärwicklung gewickelt und elektrisch an die erste und die zweite Primärwicklung (20, 22) angeschlossen ist.
Elektrische Vorrichtung, die einen Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vorrichtung eine Schweißmaschine, einen Elektroofen oder eine Elektromotor-Drehzahlregelungsvorichtung oder eine andere Vorrichtung umfaßt, die zur Stromstabilisierung, Spannungsstabilisierung und/oder Wellenfilterung verwendet wird.