EP4655808A1 - Steuerbarer transformator und verfahren zur steuerung eines transformators - Google Patents

Steuerbarer transformator und verfahren zur steuerung eines transformators

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Publication number
EP4655808A1
EP4655808A1 EP24703272.5A EP24703272A EP4655808A1 EP 4655808 A1 EP4655808 A1 EP 4655808A1 EP 24703272 A EP24703272 A EP 24703272A EP 4655808 A1 EP4655808 A1 EP 4655808A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
leg
control section
control
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24703272.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian FENSKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4655808A1 publication Critical patent/EP4655808A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H01F2029/143—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias with control winding for generating magnetic bias

Definitions

  • the present invention relates to a controllable transformer and a method for controlling a transformer.
  • Transformers are among the most common components in electrical engineering and are used for voltage conversion, for example in energy supply systems, in power supplies for technical devices, as well as in signal transmission and protective isolation.
  • a transformer can be designed in single-phase or multi-phase designs and usually consists of at least two coils, usually referred to as the primary winding and the secondary winding, which are arranged as wound insulated conductors around a magnetic transformer core, with the Transformer core is made of a soft magnetic material in solid or laminated form, for example in the form of iron materials, sintered ferrites, electrical sheet or composite materials.
  • the air gap in the transformer or coil core can be varied, for which purpose a core segment is designed to be mechanically movable.
  • the disadvantage of this concept is the slow switching times caused by the mechanical actuation, which are typically in the range of seconds.
  • the movable core segment is also a wearing part, particularly due to the vibrations caused by electromechanical forces that occur in typical application environments. This susceptibility to wear limits the service life of the transformers and also creates a risk of failure.
  • the virtual air gap concept is based on an adjustable pre-magnetization of a magnetic core by means of an energizable control winding which extends through holes in a core section.
  • control winding When the control winding is energized by means of a control current, a magnetic flux is introduced around the holes in the core section, which can influence the magnetization inductance.
  • the variation in the magnetization inductance is, however, strongly dependent on the respective operating point of the choke coil, i.e., it is not possible to set a constant magnetization inductance over the entire operating range, which is unsatisfactory from a control engineering perspective.
  • the technical teaching of the invention discloses a controllable transformer, at least comprising a primary winding, a secondary winding and a magnetic transformer core, wherein the transformer core has at least one control section with at least three bores, wherein the control section has a longitudinal extension direction corresponding to the main magnetic flux direction, a first transverse extension direction and a second transverse extension direction, wherein the three extension directions are oriented perpendicular to each other in pairs, and wherein
  • each transverse extension plane of the control section which is spanned by the first transverse extension direction and the second transverse extension direction, at most one bore extends
  • a distance of at least one bore to one of the two nearest outer edges of the control section in the first transverse direction is greater than o a distance of the bore to another edge of the control section, and/or o half a distance to another bore, wherein a control winding runs through the bores in such a way that a premagnetization of the control section can be generated by means of a control current through the control winding.
  • the invention is based on the idea of integrating a controllable reluctance into the magnetic circuit of the transformer with the control section.
  • a modification of the virtual air gap concept is made, which affects the number of holes for accommodating the control winding and their arrangement relative to one another or relative to the edge of the control section.
  • This makes it possible to set complex premagnetization patterns in the control section of the transformer core, the usefulness of which for controlling the transformer will be shown in detail later.
  • the inventive concept makes it possible to vary the magnetization inductance of the transformer over a wide operating range essentially monotonically and approximately linearly using the control current, in particular using a direct current.
  • a variation of the magnetization inductance, the leakage inductance or the voltage transformation ratio is the focus of the inventive control of the transformer.
  • FIGS 1 a to 1 c serve to illustrate the arrangement of the holes in the control section as part of the transformer core according to the invention. These show schematic views of a control section 31 through which one or two holes 4 run.
  • the control section 31 has a longitudinal extension direction Z, which corresponds to the local main magnetic flux direction, and a transverse extension plane orthogonal to the longitudinal extension direction Z, which is spanned by the first transverse extension direction X and the second transverse extension direction Y.
  • the holes 4 run in the Essentially along the second transverse extension direction Y, with at most one bore 4 running in each transverse extension plane.
  • the distance x1 of a bore 4 to one of the two nearest outer edges of the control section 31 in the first transverse extension direction X is greater than a distance x2 or a distance z1 of the bore 4 to another edge of the control section 31 ( Figures 1 a and 1 b), or the distance x1 is greater than half the distance d4 to another bore 4 ( Figure 1 c).
  • the main magnetic flux direction is to be understood as the local main flux direction in a respective transformer core segment, as illustrated in Figure 2.
  • This shows, by way of example, a U-shaped section of a transformer core 3 which comprises one horizontal and two vertical segments, the transitions between which are shown by the dashed boundary lines.
  • the longitudinal extension direction Z‘, Z”, Z“‘ and the transverse extension directions X‘, X”, X“‘ and Y‘, Y”, Y“‘ are also oriented differently locally in the sense of the present application, wherein the provisions according to the invention regarding the arrangement of the holes in the control section relate to the locally valid coordinate system X, Y, Z of the respective transformer core segment.
  • Figures 3a to 3c show schematic views of a control section 31 with holes 4 arranged according to the invention, through which the control winding 5 runs, which in the case of Figure 5a runs through each hole 4 only once and in the case of Figures 5b and 5c runs through each hole 4 several times. In the latter case, a higher control flow is generated by the control current or a lower control current is required to generate an identical control current flow.
  • different winding concepts of the control winding can be used to expediently influence the premagnetization of the control section of the transformer core.
  • FIG. 4 simulated distributions of the magnetic flux density in rod-shaped control sections 31 of soft magnetic transformer cores are shown in Figures 4, 5, 6 and 7a as field line images, which result when the control winding is energized with different arrangements of the holes 4.
  • the left-hand part of the image shows a schematic representation of the underlying model, i.e. the position of the holes 4 in the control section 31, whereby the position is systematically varied in each case, on which the distributions of the magnetic flux density shown in the other parts of the image are based.
  • the simulation is based on a fixed control flux through the holes 4, whereby the primary and secondary windings of the associated transformer are each de-energized.
  • the sign of the control flux of each hole 4 is shown by a dot or cross symbol.
  • This exclusively central arrangement of the holes 4 corresponds to the virtual air gap concept according to the state of the art. If the holes 4 are shifted in the first transverse extension direction X, i.e. if the ratio x2/x1 is reduced, an asymmetrical distribution of magnetic flux density and pre-magnetization of the control section 31 is formed in the transverse extension planes XY. With these off-center arrangements of the holes 4, it is practically impossible to generate complete saturation of the pre-magnetization in the entire transverse extension plane of the respective hole 4 by means of the control current, since due to the source-free nature of the magnetic flux density, the bottleneck given by the distance x2 limits the magnetic flux.
  • Figure 5 shows the flux distributions when the ratio of length Bz to width Bx of the control section 31 varies, ie when the ratio z1/x1 varies.
  • the distance z1 between the bore 4 and the outer edge of the control section 31 represents a bottleneck that limits the magnetic flux, so that in these arrangements it is practically impossible to produce complete saturation of the premagnetization of the control section 31 in the transverse plane XY of the bore 4 by means of the control current.
  • Figure 6 shows the distribution of the magnetic flux density in the control section 31 when the distance ratio x2/x1 of the holes 4 to the outer edges of the control section 31 is varied in the first transverse direction X, whereby the holes 4 are offset in opposite directions and have a control flux in the same direction.
  • similar flux distributions arise in the transverse planes of the holes 4, whereas the area between the holes 4 is pre-magnetized differently due to the differences in the orientation of the control flux.
  • Figure 7a shows the distributions of the magnetic flux density in the control section 31 while varying the distance d4 in the longitudinal direction Z between the two oppositely flowing bores 4.
  • the control section 31 is first transferred to a state of completely saturated premagnetization, which again results in a limitation of the magnetic flux in the respective transverse planes X-Y of the bores 4, so that essentially no complete saturation of the premagnetization can be generated there by means of the control current.
  • Figure 7b shows the characteristic curves of the magnetic flux (in units of the saturation flux sat) in the control section associated with the simulations in Figure 7a as a function of a magnetic voltage V, which is generated by energizing a primary winding of the transformer wound around the control section, with a constant control magnetic flux Hs of the control winding and varying the d4/x1 ratio as shown in Figure 7a.
  • V magnetic voltage
  • the characteristic curves (V) when there is a premagnetization of the control section caused by the control magnetic flux Hs, the characteristic curves (V) have characteristic plateaus which reflect remagnetization processes of the premagnetization due to the applied magnetic voltage V.
  • the premagnetization is expressed differently, so that the position of the plateaus in the (V) characteristic curves varies.
  • An essential aspect of the present invention is based on this knowledge, namely an expedient embodiment, i.e. in particular a linearization of the O(V) characteristic curves by means of a combination of holes in different arrangements for the premagnetization of the control section of the transformer core which can be expressed differently in certain sections.
  • Figure 8b shows the corresponding characteristics of the flux linkage T in the control section and the magnetizing inductance L of the transformer plotted against the current I through the primary winding, with the primary winding wound around the control section and the secondary winding de-energized.
  • This shows the desired characteristic, which approximately corresponds to the behavior of a coil with a coil core with a mechanically variable air gap width, i.e. a magnetization inductance L that is approximately constant over the entire operating range and can be varied monotonically and approximately linearly (power function with an exponent between 1 and 2) over a wide range of values using the control current Is.
  • a particular advantage of the invention is that only a direct current is required as the control current Is to control the magnetization inductance of the transformer.
  • control section of the transformer according to the invention has at least one air gap which extends in a transverse plane of the control section, wherein the air gap forms a border of the control section.
  • the control section can thus be formed from a plurality of segments separated by air gaps. The provision of air gaps serves to "statically" influence the magnetization inductance of the transformer.
  • the control section has, for example, a plurality of pairs of holes, wherein the pairs have different distances between the associated holes.
  • the holes can, for example, have different distances from an outer edge of the control section in the first transverse extension direction.
  • At least one of the holes can be designed as an elongated hole.
  • An elongated hole can accommodate a larger number of turns of the control winding, so that a higher control current can be achieved.
  • control section has a plurality of control section segments which are separated from one another by air gaps, wherein each control section segment has at least one bore, wherein the control section segments in particular have different dimensions in the longitudinal direction relative to the dimension in the first transverse direction.
  • At least one primary winding and/or at least one secondary winding are wound around the control section of the transformer core.
  • a transformer according to the invention can be designed such that neither a primary winding nor a secondary winding is wound around the control section of the transformer core. In the latter embodiment, the extent of the coupling between the primary and secondary windings can be influenced by the control current.
  • the transformer according to the invention can be designed to be multiphase, wherein the transformer comprises a plurality of control sections, each of which is assigned to a phase of a multiphase alternating current.
  • the transformer according to the invention comprises a direct current source and an associated control, by means of which the control current for generating the premagnetization of the control section can be introduced into the control winding.
  • the invention further relates to a method for controlling a transformer according to one of the aforementioned embodiments, wherein a control current is introduced into the control winding, which generates such a premagnetization in the control section of the transformer core that a desired magnetization inductance of the transformer and/or a desired voltage transformation ratio between the at least one primary winding and the at least one secondary winding are set.
  • the control current is generated, for example, by a direct current source.
  • a current flowing through a primary winding of the transformer is designed as a pulsed direct current, which after passing through the primary winding passes through the control winding, thereby forming the control current.
  • the pulsed direct current has a direct current and an alternating current component, wherein the alternating current component is preferably significantly smaller than the direct current component, for example, is one third of the direct current component.
  • the magnetization inductance of the transformer is therefore determined by the current carried in the primary winding.
  • the direct current component and the alternating current component of the mixed current can be separated from one another within the scope of the method according to the invention, with the control current being Direct current component is formed.
  • the separation into direct current and alternating current components can be carried out, for example, by means of a primary winding which comprises two parallel windings, one of which is made from a strand bundle and the other from a low-resistance solid wire or another solid conductor, e.g. with a rectangular profile, so that the alternating current component runs through the strand bundle and the direct current component through the solid conductor, with the direct current component then running through the control winding as control current.
  • control current can also be formed from a combination of a portion supplied by a direct current source and a portion from the current to be limited.
  • a direct current source for example, two separate control windings can be provided.
  • FIGs 9, 10a, 11, 12, 13a, 14, 15, 16a, 17, 18, 19 and 20a show different embodiments of transformers 100 according to the invention in a schematic cross-sectional view.
  • the control windings are not shown in the figures.
  • the control windings each run through the holes 4 in the control section 31.
  • the arrangement of the holes 4 corresponds to the technical teaching of claim 1.
  • the transformer cores 3 shown have as legs designated sections, which run vertically in the figures, and sections designated yokes, which run horizontally. The entirety of the legs and yokes forms the transformer core and thus the magnetic circuit.
  • Figure 9 shows a transformer 100 with a transformer core 3, which has two legs and two yokes (construction of two U-cores), wherein the yoke at the top in the illustration forms the control section 31 with six holes 4.
  • the longitudinal extension direction Z of the control section 31 corresponds to the main magnetic flux direction through the yoke, and the holes 4 run perpendicular to the image plane of Figure 9, i.e. perpendicular to the first transverse extension direction X and to the longitudinal extension direction Z.
  • the primary winding 1 and the secondary winding 2 are each wound around one leg of the transformer core 3, for example.
  • Figure 10a shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-leg core with a center leg, a first outer leg (left) and a second outer leg (right), the center leg forming the control section 31 with the holes 4, a primary winding 1 being wound around the center leg and the second outer leg, and a secondary winding 2 being wound around the second outer leg.
  • Figure 10b shows simulated distributions of the magnetic flux density in the transformer core 3 of a transformer according to the embodiment of Figure 10a, wherein the primary winding 1 is current-carrying and the secondary winding 2 is currentless, and wherein a different control current Is flows through the control winding in the holes of the control section (middle leg) in each partial image.
  • the control winding is currentless and the magnetic flux of the Primary winding 1 can essentially pass through the middle leg freely.
  • the control current Is is chosen to be large enough that a pre-magnetization of the middle leg occurs, but without the magnetization being locally saturated. The magnetic flux of primary winding 1 can therefore still pass through the middle leg to a limited extent.
  • control current Is leads to a local saturation of the magnetization of the middle leg in the area of the holes, so that the magnetic flux of primary winding 1 cannot be absorbed in the middle leg.
  • control current Is increases, i.e. as the pre-magnetization of the middle leg forming the control section increases, the magnetic flux of primary winding 1 is increasingly conducted through the second outer leg and thus through secondary winding 2.
  • Figure 10c shows the associated voltage transformation ratio, i.e., the quotient of primary winding voltage U1 to induced secondary winding voltage U2, as a function of control current Is. Due to the inventive arrangement of the holes in the control section that accommodate the control winding, a characteristic that is suitable for control purposes and at least partially linear is present.
  • Figure 11 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-leg core with a center leg, a first outer leg and a second outer leg, the center leg forming the control section 31, a primary winding 1 being wound around the center leg and the second outer leg, and a first secondary winding 2a being wound around the second outer leg and a second secondary winding 2b being wound around the center leg.
  • Figure 12 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-leg core with a middle leg, a first outer leg and a second outer leg, the middle leg forming the control section 31, a primary winding 1 being wound around the first outer leg, and a secondary winding 2 being wound around the middle leg.
  • Figure 13a shows a transformer 100 whose transformer core 3 is designed as a shell core with a center leg, the center leg forming the control section 31, with a primary winding 1 and a secondary winding 2 wound around the center leg.
  • Figure 13b shows an associated equivalent circuit diagram.
  • the premagnetization of the control section 31 can be controlled by means of the control current, so that a variable magnetization inductance Lvar results in parallel to the main inductance LH and thus the magnetization current of the transformer 100 can be controlled.
  • Figures 14 and 15 show two further embodiments of transformers 100 according to the invention in a shell core design, in which air gaps 30, which extend in a transverse plane of the control section 31, lead to a reduction in the magnetization inductance.
  • the control section 31 has a plurality of control section segments which are separated from one another by air gaps 30, wherein each control section segment has a bore 4, wherein the control section segments partly have different dimensions in the longitudinal direction Z relative to the dimension in the first transverse direction X.
  • the bore 4 in the middle segment is designed as an elongated hole, whereby a higher control flow is possible.
  • Figure 16a shows a transformer 100 whose transformer core 3 is designed as a three-leg core with a middle leg, a first outer leg and a second outer leg, the second outer leg forming the control section 31, a primary winding 1 being wound around the first outer leg and a secondary winding 2 being wound around the middle leg.
  • Figure 16b shows an associated equivalent circuit diagram.
  • the variation of the premagnetization of the control section 31 by means of a control current serves primarily to control the coupling between the primary winding 1 and the secondary winding 2.
  • the control section 31 can have an additional air gap in order to increase the coupling of the primary winding 1 and the secondary winding 2 in the state not premagnetized by a control current or to set it to a starting value.
  • the transformer core 3 is ring-shaped, with the entire transformer core 3 forming the control section 31, and with the holes 4 running in the radial direction as a second transverse extension direction Y', Y" through the control section 31.
  • the main flow direction of the magnetic flux corresponding to the local longitudinal extension direction Z of the control section 31 runs circularly here.
  • Figure 18 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a shell core with a center leg and a center yoke, the center yoke forming the control section 31, a two-part primary winding 1.1, 1.2 and a two-part secondary winding 2.1, 2.2 being wound around the center leg.
  • the transformer 100 in the embodiment of Figure 19 is designed as a three-phase transformer, wherein the transformer core 3 is designed as a six-leg core, wherein the first leg, the third leg and the fifth leg each form a control section 31 .p1, 31 .p2, 31 .p3, wherein
  • a primary winding 1 ,p1 of the first phase is wound around the first leg and the second leg, and a secondary winding 2.p1 of the first phase is wound around the second leg, and
  • a primary winding 1,p2 of the second phase is wound around the third leg and the fourth leg, and a secondary winding 2,p2 of the second phase is wound around the fourth leg, and
  • a primary winding 1,p3 of the third phase is wound around the fifth leg and the sixth leg, and a secondary winding 2,p3 of the third phase is wound around the sixth leg.
  • Figure 20a shows a transformer 100 with a transformer core 3 made of a combination of a shell core section (bottom) and an E-core section (top) arranged thereon, wherein the center leg of the E-core section forms the control section 31 and is separated from the shell core section by an air gap 30, wherein a first partial winding 1.1 of the primary winding is wound around the control section 31, and wherein a second partial winding 1.2 of the primary winding and a secondary winding 2 are wound around the center leg of the shell core section.
  • Figure 20b shows an associated equivalent circuit diagram, from which it can be seen that in this exemplary embodiment, in particular the leakage inductance L ai of the primary winding can be varied by means of the control current and the resulting premagnetization in the control section 31.
  • Fig. 1 a - 1 c schematic representations of the arrangement of the holes according to the invention
  • Fig. 2 schematic diagram to illustrate the
  • Fig. 3a - 3c schematic representations of the control windings according to the invention
  • Fig. 4 simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement
  • Fig. 5 simulated flux density distributions in a control section with variation of the geometry
  • Fig. 6 simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement
  • Fig. 7a simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement
  • Fig. 7b Characteristic curves for Fig. 7a
  • Fig. 8a simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement and associated characteristic curves
  • Fig. 8b Characteristic curves for Fig. 8a
  • Fig. 9 first embodiment of a transformer according to the invention.
  • Fig. 10a second embodiment of a transformer according to the invention
  • Fig. 10b simulated flux density distributions in the transformer of Fig. 10a when varying the control current
  • Fig. 11 third embodiment of an inventive
  • Fig. 13a fifth embodiment of a transformer according to the invention.
  • Fig. 14 sixth embodiment of an inventive
  • Fig. 15 seventh embodiment of an inventive
  • Fig. 16a eighth embodiment of a transformer according to the invention.
  • Fig. 16b Equivalent circuit of the transformer of Fig. 16a
  • Fig. 17 ninth embodiment of an inventive
  • Fig. 20a twelve embodiments of a transformer according to the invention.
  • Fig. 20b Equivalent circuit of the transformer of Fig. 20a.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein steuerbarer Transformator (100), wenigstens umfassend eine Primärwicklung (1), eine Sekundärwicklung (2) und einen magnetischen Transformatorkern (3), wobei der Transformatorkern (3) wenigstens einen Steuerabschnitt (31) mit wenigstens drei Bohrungen (4) aufweist, wobei der Steuerabschnitt (31) eine Längserstreckungsrichtung (Z) entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung (X) und eine zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen (X, Y, Z) paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei - die Bohrungen (4) im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung (Y) verlaufen, - in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31), welche durch die erste Quererstreckungsrichtung (X) und die zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung (4) verläuft, und - ein Abstand (x1) wenigstens einer Bohrung (4) zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts (31) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) größer ist als • ein Abstand (x2, z1) der Bohrung (4) zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts (31), und/oder • die Hälfte eines Abstands (d4) zu einer weiteren Bohrung (4), wobei eine Steuerwicklung (5) durch die Bohrungen (4) verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms (Is) durch die Steuerwicklung (5) eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31) erzeugbar ist.

Description

STEUERBARER TRANSFORMATOR UND VERFAHREN ZUR STEUERUNG EINES TRANSFORMATORS
Die vorliegende Erfindung betrifft einen steuerbaren Transformator und ein Verfahren zur Steuerung eines Transformators.
STAND DER TECHNIK
Transformatoren gehören zu den häufigsten Bauelementen der Elektrotechnik und dienen der Spannungswandlung beispielsweise in Energieversorgungsanlagen, in Netzteilen technischer Geräte sowie bei der Signalübertragung und der Schutztrennung. Ein Transformator kann in einphasigen oder mehrphasigen Bauformen ausgeführt sein und besteht in der Regel aus mindestens zwei Spulen, üblicherweise als Primärwicklung und als Sekundärwicklung bezeichnet, die als gewickelte isolierte Leiter um einen magnetischen Transformatorkern angeordnet sind, wobei der Transformatorkern insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff in massiver oder laminierter Ausführung, beispielsweise in Form von Eisenwerkstoffen, gesinterten Ferriten, Elektroblech oder Verbundwerkstoffen, ausgebildet ist. Die elektrischen Spannungen an den Wicklungen werden über das Verhältnis der Windungszahlen übersetzt, wobei diese in der Regel in Primärspannung U1 mit der Windungsanzahl N1 und Sekundärspannung U2 mit der Windungsanzahl N2 eingeteilt werden. Im Idealfall ergibt sich ein Spannungsübersetzungsverhältnis von U1/U2 = N1/N2.
Durch den Wandel der Stromnetze im Zuge des Ausbaus von Erneuerbaren Energien entstehen zunehmende Anforderungen an eine Adaptierbarkeit von Transformatoren an wechselnde Betriebsbedingungen, um eine maximalen Leistungsaufnahme und Netzstabilität durchweg zu gewährleisten. Zudem werden für die effiziente und ressourcenschonende Energieumwandlung zunehmend getaktete Stromversorgungen (Leistungselektronik) verwendet, und auch diese Systeme erfordern steuerbare Transformatoren, derart, dass insbesondere das Spannungsübersetzungsverhältnis, die Magnetisierungsinduktivität oder die Streuinduktivität gezielt variierbar sind.
Im Stand der Technik ist es bekannt, das Spannungsübersetzungsverhältnis von Transformatoren mittels schaltbar ausgeführten Wicklungsanzapfungen variabel abzustufen.
Nachteiligerweise stellt eine derartige Anzapfungsumschaltung große Herausforderungen an die benötigten Schaltelemente, und es resultieren signifikante Ausgleichströme sowie transiente Einflussfaktoren auf den T ransformatorbetrieb.
Zur Variation der Magnetisierungsinduktivität eines Transformators oder auch einer Drosselspule ist es weiterhin bekannt, die Länge eines Luftspalts im Transformator- bzw. Spulenkern zu variieren, wozu ein Kernsegment mechanisch verlagerbar ausgebildet ist. Nachteilig an diesem Konzept sind die langsamen Schaltzeiten bedingt durch die mechanische Betätigung, welche typischerweise im Sekundenbereich liegen. Das verlagerbare Kernsegment stellt außerdem ein Verschleißteil dar, insbesondere aufgrund der in typischen Anwendungsumgebungen auftretenden Vibrationen aufgrund von elektromechanischen Kräften. Diese Verschleißanfälligkeit begrenzt die Lebensdauer der Transformatoren und bedingt zudem ein Ausfallrisiko.
Eine Alternative stellt das sognannte Virtual-Air-Gap Konzept dar, welches beispielsweise in der Druckschrift EP 2 686 931 B1 für eine Drosselspule offenbart ist. Das Virtual-Air-Gap Konzept basiert auf einer einstellbaren Vormagnetisierung eines magnetischen Kerns mittels einer bestrombaren Steuerwicklung, welche sich durch Bohrungen in einem Kernabschnitt erstreckt. Bei Bestromung der Steuerwicklung mittels eines Steuerstroms wird ein magnetischer Fluss um die Bohrungen in den Kernabschnitt eingebracht, wodurch auf die Magnetisierungsinduktivität Einfluss genommen werden kann. Im Unterschied zu einem Kern mit mechanisch variierbarer Luftspaltlänge ist die Variation der Magnetisierungsinduktivität jedoch stark abhängig vom jeweiligen Arbeitspunkt der Drosselspule, d.h., es ist keine über den gesamten Arbeitsbereich konstante Magnetisierungsinduktivität einstellbar, was aus regelungstechnischer Sicht unbefriedigend ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen steuerbaren Transformator und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung eines Transformators vorzuschlagen, welche insbesondere auf einer schnellen, ausfallsicheren und bedarfsgerechten Anpassbarkeit der Magnetisierungsinduktivität, der Streuinduktivität und/oder des Spannungsübersetzungsverhältnisses des Transformators beruhen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem steuerbaren Transformator gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die technische Lehre der Erfindung offenbart einen steuerbaren Transformator, wenigstens umfassend eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und einen magnetischen Transformatorkern, wobei der Transformatorkern wenigstens einen Steuerabschnitt mit wenigstens drei Bohrungen aufweist, wobei der Steuerabschnitt eine Längserstreckungsrichtung entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung und eine zweite Quererstreckungsrichtung aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei
- die Bohrungen im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung verlaufen,
- in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts, welche durch die erste Quererstreckungsrichtung und die zweite Quererstreckungsrichtung aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung verläuft, und
- ein Abstand wenigstens einer Bohrung zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts in der ersten Quererstreckungsrichtung größer ist als o ein Abstand der Bohrung zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts, und/oder o die Hälfte eines Abstands zu einer weiteren Bohrung, wobei eine Steuerwicklung durch die Bohrungen verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms durch die Steuerwicklung eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts erzeugbar ist.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, mit dem Steuerabschnitt eine steuerbare Reluktanz in den Magnetkreis des Transformators zu integrieren. Dabei wird eine Modifikation des Virtual-Air-Gap Konzeptes vorgenommen, welche die Anzahl der Bohrungen zur Aufnahme der Steuerwicklung und deren Anordnung zueinander bzw. relativ zur Berandung des Steuerabschnitts betrifft. Damit gelingt die Einstellung komplexer Vormagnetisierungsmuster im Steuerabschnitt des Transformatorkerns, deren Zweckmäßigkeit für die Steuerung des Transformators später im Detail aufgezeigt wird. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Konzept möglich, die Magnetisierungsinduktivität des Transformators über einen weiten Arbeitsbereich im Wesentlichen monoton und näherungsweise linear mittels des Steuerstroms zu variieren, insbesondere mittels eines Gleichstroms. Je nach relativer Anordnung von Steuerabschnitt, Primärwicklung und Sekundärwicklung steht eine Variation der Magnetisierungsinduktivität, der Streuinduktivität oder des Spannungsübersetzungsverhältnisses im Vordergrund der erfindungsgemäßen Steuerung des Transformators.
Zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Anordnung der Bohrungen im Steuerabschnitt als Teil des Transformatorkerns dienen zunächst die Figuren 1 a bis 1 c. Diese zeigen schematische Ansichten eines Steuerabschnitts 31 , durch welchen eine bzw. zwei Bohrungen 4 verlaufen. Der Steuerabschnitt 31 weist eine Längserstreckungsrichtung Z auf, welche der lokalen magnetischen Hauptflussrichtung entspricht, sowie eine zu der Längserstreckungsrichtung Z orthogonale Quererstreckungsebene, welche durch die erste Quererstreckungsrichtung X und die zweite Quererstreckungsrichtung Y aufgespannt ist. Die Bohrungen 4 verlaufen im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung Y, wobei in jeder Quererstreckungsebene höchstens eine Bohrung 4 verläuft. Erfindungsgemäß ist der Abstand x1 einer Bohrung 4 zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X größer als ein Abstand x2 bzw. ein Abstand z1 der Bohrung 4 zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts 31 (Figuren 1 a und 1 b), bzw. der Abstand x1 ist größer als der halbe Abstand d4 zu einer weiteren Bohrung 4 (Figur 1 c).
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist unter der magnetischen Hauptflussrichtung jeweils die lokale Hauptflussrichtung in einem betreffenden Transformatorkernsegment zu verstehen, wie Figur 2 veranschaulicht. Darin ist beispielhaft ein U-förmiger Abschnitt eines Transformatorkerns 3 dargestellt, welcher einen horizontalen und zwei vertikale Segmente umfasst, deren Übergänge durch die gestrichelten Begrenzungslinien dargestellt sind. Einhergehend mit den unterschiedlichen Hauptflussrichtungen des magnetischen Flusses ‘, C>“, 0‘“ in den drei Transformatorkernsegmenten sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch die Längserstreckungsrichtung Z‘, Z“, Z“‘ sowie die Quererstreckungsrichtungen X‘, X“, X“‘ und Y‘, Y“, Y“‘ lokal unterschiedlich orientiert, wobei sich die erfindungsgemäßen Vorschriften betreffend die Anordnung der Bohrungen im Steuerabschnitt in Bezug auf das jeweils lokal gültige Koordinatensystem X, Y, Z des betreffenden T ransformatorkernsegments beziehen.
Weiterhin zeigen die Figuren 3a bis 3c schematische Ansichten eines Steuerabschnitts 31 mit erfindungsgemäß angeordneten Bohrungen 4, durch welche jeweils die Steuerwicklung 5 verläuft, die im Falle der Figur 5a jede Bohrung 4 nur einmal durchläuft und im Falle der Figuren 5b und 5c mehrfach durch jede Bohrung 4 verläuft. Bei Letzteren wird durch den Steuerstrom eine höhere Steuerdurchflutung erzeugt bzw. es ist ein geringerer Steuerstrom zur Erzeugung einer identischen Steuerdurchflutung vonnöten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Wicklungskonzepte der Steuerwicklung zur zweckmäßigen Beeinflussung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts des Transformatorkerns Verwendung finden.
Zur Veranschaulichung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren 4, 5, 6 und 7a simulierte Verteilungen der magnetischen Flussdichte in stabförmigen Steuerabschnitten 31 von weichmagnetischen Transformatorkernen als Feldlinienbilder dargestellt, welche sich bei Bestromung der Steuerwicklung unter unterschiedlichen Anordnungen der Bohrungen 4 ergeben. Im jeweils linken Teilbild ist eine schematische Darstellung des zugrundeliegenden Modells gezeigt, d.h., der Lage der Bohrungen 4 im Steuerabschnitt 31 , wobei die Lage jeweils systematisch variiert wird, worauf die in den weiteren Teilbildern dargestellten Verteilungen der magnetischen Flussdichte jeweils beruhen. Der Simulation liegt dabei eine feste Steuerdurchflutung durch die Bohrungen 4 zugrunde, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen des zugehörigen Transformators jeweils stromlos ist. Das Vorzeichen der Steuerdurchflutung jeder Bohrung 4 ist durch ein Punkt- bzw. Kreuzsymbol dargestellt.
In Figur 4 wird eine systematische Variation des Abstandes der Bohrungen 4 zu den Außenrändern des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, d.h., eine Variation des Verhältnisses x2/x1 vorgenommen. Bei mittiger Anordnung der Bohrungen 4, d.h., bei x2/x1 = 1 resultiert eine symmetrische Flussdichteverteilung, welche einer entsprechenden Verteilung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 entspricht. Bei ausreichend hohem Steuerstrom wird die Vormagnetisierung in den Erstreckungsebenen der beiden Bohrungen 4 vollständig in die Sättigung getrieben, sodass der Steuerabschnitt 31 keinen weiteren magnetischen Fluss aus einer Bestromung einer Primärwicklung aufzunehmen vermag und somit die Magnetisierungsinduktivität des Transformators abgesenkt ist. Diese ausschließlich mittige Anordnung der Bohrungen 4 entspricht dem Virtual-Air-Gap Konzept nach dem Stand der Technik. Bei einer Verschiebung der Bohrungen 4 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, d.h., bei einer Verringerung des Verhältnisses x2/x1 bildet sich eine in den Quererstreckungsebenen X-Y asymmetrische Verteilung von magnetischer Flussdichte und Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 aus. Bei diesen außermittigen Anordnungen der Bohrungen 4 ist es mittels des Steuerstroms praktisch unmöglich, eine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung in der gesamten Quererstreckungsebene der jeweiligen Bohrung 4 zu erzeugen, da aufgrund der Quellenfreiheit der magnetischen Flussdichte die durch den Abstand x2 gegebene Engstelle den magnetischen Fluss limitiert. So ist bei x2/x1 = 0,33 die in den Steuerabschnitt 31 eingebrachte Flussdichte bereits wesentlich geringer als beispielsweise bei x2/x1 = 1 , und im Extremfall x2=0 (in der Praxis wenig relevant) wird bei der zugrundeliegenden Steuerdurchflutung der Bohrungen 4 (nahezu) kein magnetischer Fluss in den Steuerabschnitt 31 eingebracht.
In Figur 5 werden die Flussverteilungen bei einer Variation des Verhältnisses von Länge Bz zu Breite Bx des Steuerabschnitts 31 , d.h., bei einer Variation des Verhältnisses z1/x1 dargestellt. Bei Anordnungen mit z1/x2 < 1 stellt der Abstand z1 zwischen der Bohrung 4 und dem Außenrand des Steuerabschnitts 31 eine den magnetischen Fluss begrenzende Engstelle dar, sodass in diesen Anordnungen mittels des Steuerstroms praktisch keine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 in der Quererstreckungsebene X-Y der Bohrung 4 erzeugbar ist. Figur 6 zeigt die Verteilung der magnetischen Flussdichte im Steuerabschnitt 31 bei Variation des Abstandsverhältnisses x2/x1 der Bohrungen 4 zu den Außenrändern des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, wobei die Bohrungen 4 in entgegengesetzte Richtungen versetzt werden und eine gleichsinnige Steuerdurchflutung aufweisen. Im Vergleich zum Beispiel der Figur 4 ergeben sich in den Quererstreckungsebenen der Bohrungen 4 ähnliche Flussverteilungen, wohingegen der Bereich zwischen den Bohrungen 4 aufgrund der Unterschiede in der Orientierung der Steuerdurchflutung unterschiedlich vormagnetisiert wird.
Figur 7a zeigt die Verteilungen der magnetischen Flussdichte im Steuerabschnitt 31 unter Variation des Abstandes d4 in Längserstreckungsrichtung Z zwischen den beiden gegensinnig durchfluteten Bohrungen 4. Im Bereich zwischen den Bohrungen 4 kommt es zu einer konstruktiven Überlagerung der magnetischen Teilflüsse, sodass der Steuerabschnitt 31 dort als Erstes in einen Zustand vollständig gesättigter Vormagnetisierung überführt wird, womit abermals eine Begrenzung des magnetischen Flusses in den jeweiligen Quererstreckungsebenen X-Y der Bohrungen 4 einhergeht, sodass dort mittels des Steuerstroms im Wesentlichen keine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung erzeugbar ist.
Figur 7b zeigt zu den Simulationen der Figur 7a gehörige Kennlinien des magnetischen Flusses (in Einheiten des Sättigungsflusses sat) im Steuerabschnitt als Funktion einer magnetischer Spannung V, welche durch Bestromung einer um den Steuerabschnitt gewickelten Primärwicklung des Transformators erzeugt wird, bei konstanter Steuerdurchflutung Hs der Steuerwicklung unter Variation des d4/x1 - Verhältnisses gemäß der Darstellung der Figur 7a. Bei d4/x1 =0, d.h., bei einer Anordnung der Bohrungen, mittels welcher praktisch kein magnetischer Fluss über einen Steuerstrom in den Steuerabschnitt einbringbar ist, entspricht die Kennlinie O(V) einer gewöhnlichen Spule mit weichmagnetischem Kern. Bei Erhöhung des d4/x1 -Verhältnisses, d.h., bei Vorliegen einer durch die Steuerdurchflutung Hs bedingten Vormagnetisierung des Steuerabschnitts weisen die Kennlinien (V) charakteristische Plateaus auf, welche Ummagnetisierungsprozesse der Vormagnetisierung aufgrund der anliegenden magnetischen Spannung V widerspiegeln. Je nach konkreter Anordnung der Bohrungen ist die Vormagnetisierung unterschiedlich ausgeprägt, sodass die Lage der Plateaus in den (V) Kennlinien variiert. Auf dieser Erkenntnis beruht ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich eine zweckmäßige Ausgestaltung, d.h., insbesondere eine Linearisierung der O(V) Kennlinien mittels einer Kombination von Bohrungen in unterschiedlichen Anordnungen zur abschnittsweise unterschiedlich ausprägbaren Vormagnetisierung des Steuerabschnitts des T ransformatorkerns.
Dies zeigt beispielhaft Figur 8a, in welcher die Ergebnisse einer Simulation zur Verteilung der magnetischen Flussdichte und der resultierenden (V) Kennlinie basierend auf einem Steuerabschnitt 31 mit drei Paaren von Bohrungen 4 dargestellt sind, wobei die Paare unterschiedliche Abstände d4 in der Längserstreckungsrichtung Z zwischen den zugehörigen Bohrungen 4 aufweisen. In den (V) Kennlinien bei Anliegen eines Steuerstroms Is als Gleichstrom zeigt sich eine Mehrzahl von Stufen entsprechend der Ummagnetisierungsprozesse um die einzelnen Bohrungen 4, und bei Erhöhung des Steuerstrom Is resultiert eine Verkippung der Kennlinien.
In Figur 8b sind die zugehörigen Kennlinien der Flussverkettung T im Steuerabschnitt und der Magnetisierungsinduktivität L des Transformators über dem Strom I durch die Primärwicklung aufgetragen, wobei die Primärwicklung um den Steuerabschnitt gewickelt und die Sekundärwicklung stromlos ist. Hier zeigt sich nun die gewünschte Charakteristik, welche annäherungsweise dem Verhalten einer Spule mit einem Spulenkern mit mechanisch variierbarer Luftspaltbreite entspricht, d.h., eine Magnetisierungsinduktivität L, welche über den gesamten Arbeitsbereich näherungsweise konstant ist und sich mittels des Steuerstroms Is monoton und näherungsweise linear (Potenzfunktion mit einem Exponenten zwischen 1 und 2) über einen weiten Wertebereich variieren lässt. Ein besonderer erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, dass lediglich ein Gleichstrom als Steuerstrom Is zur Steuerung der Magnetisierungsinduktivität des Transformators notwendig ist.
Beispielsweise weist der Steuerabschnitt des erfindungsgemäßen Transformators wenigstens einen Luftspalt auf, welcher sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts erstreckt, wobei durch den Luftspalt eine Berandung des Steuerabschnitts gebildet ist. Der Steuerabschnitt kann somit aus einer Mehrzahl von durch Luftspalte getrennten Segmenten gebildet sein. Das Vorhalten von Luftspalten dient der „statischen“ Beeinflussung der Magnetisierungsinduktivität des Transformators.
Wie bereits beispielhaft anhand der Figur 8a dargestellt, weist der Steuerabschnitt beispielsweise eine Mehrzahl von Paaren von Bohrungen auf, wobei die Paare unterschiedliche Abstände zwischen den zugehörigen Bohrungen aufweisen. Weiterhin können die Bohrungen beispielsweise unterschiedliche Abstände zu einem Außenrand des Steuerabschnitts in der ersten Quererstreckungsrichtung aufweisen. Dadurch sind unterschiedlich dimensionierte Engstellen für den magnetischen Fluss in den Quererstreckungsebenen der Bohrungen angelegt, woraus die gewünschte Quasi-Linearisierung der Kennlinien des magnetischen Flusses als Funktion der magnetischen Spannung resultiert.
Beispielsweise kann wenigstens eine der Bohrungen als ein Langloch ausgebildet sein. Ein Langloch kann eine größere Anzahl an Windungen der Steuerwicklung aufnehmen, sodass eine höhere Steuerdurchflutung erzielbar ist.
In einer speziellen Ausführungsform weist der Steuerabschnitt eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten auf, welche durch Luftspalte voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment wenigstens eine Bohrung aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente insbesondere unterschiedliche Abmessungen in der Längserstreckungsrichtung relativ zur Abmessung in der ersten Quererstreckungsrichtung aufweisen.
Beispielsweise sind wenigstens eine Primärwicklung und/oder wenigstens eine Sekundärwicklung um den Steuerabschnitt des Transformatorkerns gewickelt. Alternativ kann ein erfindungsgemäßer Transformator derart ausgebildet sein, dass weder eine Primärwicklung noch eine Sekundärwicklung um den Steuerabschnitt des Transformatorkerns gewickelt sind. In letzterer Ausführungsform ist insbesondere das Ausmaß der Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung durch den Steuerstrom beeinflussbar.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße Transformator mehrphasig ausgebildet sein, wobei der Transformator mehrere Steuerabschnitte umfasst, die jeweils einer Phase eines Mehrphasenwechselstroms zugeordnet sind. Beispielsweise umfasst der erfindungsgemäße Transformator eine Gleichstromquelle und eine zugehörige Steuerung, mittels welchen der Steuerstrom zur Erzeugung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts in die Steuerwicklung einbringbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines Transformators gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen, wobei ein Steuerstrom in die Steuerwicklung eingebracht wird, welcher eine derartige Vormagnetisierung in dem Steuerabschnitt des Transformatorkerns erzeugt, dass eine gewünschte Magnetisierungsinduktivität des Transformators und/oder ein gewünschtes Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen der wenigstens einen Primärwicklung und der wenigstens einen Sekundärwicklung eingestellt werden. Dabei wird der Steuerstrom beispielsweise durch eine Gleichstromquelle erzeugt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein durch eine Primärwicklung des Transformators fließender Strom als ein gepulster Gleichstrom ausgebildet ist, welcher nach dem Durchlaufen der Primärwicklung die Steuerwicklung durchläuft, wodurch der Steuerstrom gebildet wird. Der gepulste Gleichstrom weist einen Gleich- und einen Wechselstromanteil auf, wobei der Wechselstromanteil gegenüber dem Gleichstromanteil vorzugsweise deutlich kleiner ist, beispielsweise ein Drittel des Gleichstromanteils beträgt. In dieser Ausführungsform wird folglich die Magnetisierungsinduktivität des Transformators durch den in der Primärwicklung geführten Strom bestimmt.
Sofern der durch die Primärwicklung fließende Strom als ein Mischstrom ausgebildet ist, können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Gleichstromanteil und der Wechselstromanteil des Mischstroms voneinander getrennt werden, wobei der Steuerstrom durch den Gleichstromanteil gebildet wird. Die Trennung in Gleichstrom- und Wechselstromanteile kann beispielsweise mittels einer Primärwicklung vorgenommen werden, welche zwei parallele Wicklungen umfasst, von denen eine aus einem Litzenbündel und die andere aus einem niederohmigen Volldraht oder einem sonstigen massiven Leiter, z.B. mit Rechteckprofil, ausgebildet ist, sodass der Wechselstromanteil durch das Litzenbündel und der Gleichstromanteil durch den massiven Leiter verläuft, wobei der Gleichstromanteil anschließend noch die Steuerwicklung als Steuerstrom durchläuft.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Steuerstrom zudem aus einer Kombination eines von einer Gleichstromquelle gelieferten Anteils und eines Anteils aus dem zu begrenzenden Strom gebildet werden. Dazu können beispielsweise zwei separate Steuerwicklungen vorgesehen sein.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Die Figuren 9, 10a, 11 , 12, 13a, 14, 15, 16a, 17, 18, 19 und 20a zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Transformatoren 100 in schematischer Querschnittsansicht. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren die Steuerwicklungen jeweils nicht dargestellt. Entsprechend der vorhergehenden Beschreibung verlaufen die Steuerwicklungen jeweils durch die Bohrungen 4 im Steuerabschnitt 31 . Die Anordnung der Bohrungen 4 entspricht jeweils der technischen Lehre des Anspruchs 1 . Bis auf das Ausführungsbeispiel der Figur 17 weisen die dargestellten Transformatorkerne 3 als Schenkel bezeichnete Abschnitte auf, die in den Figuren vertikal verlaufen, sowie als Joche bezeichnete Abschnitte, die horizontal verlaufen. Die Gesamtheit von Schenkeln und Jochen bildet den Transformatorkern und somit den Magnetkreis.
Figur 9 zeigt einen Transformator 100 mit einem Transformatorkern 3, welcher zwei Schenkel und zwei Joche (Aufbau aus zwei U-Kernen) aufweist, wobei das in der Darstellung oben liegende Joch den Steuerabschnitt 31 mit sechs Bohrungen 4 bildet. Die Längserstreckungsrichtung Z des Steuerabschnitts 31 entspricht der magnetischen Hauptflussrichtung durch das Joch, und die Bohrungen 4 verlaufen senkrecht zur Bildebene der Figur 9, d.h., senkrecht zur ersten Quererstreckungsrichtung X und zur Längserstreckungsrichtung Z. Die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 sind hier beispielhaft um je einen Schenkel des Transformatorkerns 3 gewickelt.
Figur 10a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel (links) und einem zweiten Außenschenkel (rechts) ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 mit den Bohrungen 4 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den zweiten Außenschenkel gewickelt ist.
Figur 10b zeigt simulierte Verteilungen der magnetischen Flussdichte im Transformatorkern 3 eines Transformators gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10a, wobei die Primärwicklung 1 stromführend und die Sekundärwicklung 2 stromlos ist, und wobei durch die Steuerwicklung in den Bohrungen des Steuerabschnitts (Mittelschenkel) in jedem Teilbild ein unterschiedlicher Steuerstrom Is fließt. Im linken Teilbild ist die Steuerwicklung stromlos und der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 kann den Mittelschenkel im Wesentlichen frei durchlaufen. Im mittleren Teilbild ist der Steuerstrom Is so groß gewählt, dass eine Vormagnetisierung des Mittelschenkels erfolgt, jedoch ohne dass die Magnetisierung lokal gesättigt wird. Der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 kann den Mittelschenkel deshalb noch in eingeschränktem Maße durchlaufen. Im rechten Teilbild hingegen führt der Steuerstrom Is zu einer lokalen Sättigung der Magnetisierung des Mittelschenkels im Bereich der Bohrungen, sodass der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 im Mittelschenkel nicht aufgenommen werden kann. Mit steigendem Steuerstrom Is, d.h., mit steigender Vormagnetisierung des den Steuerabschnitt bildenden Mittelschenkels, wird der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 zunehmend durch den zweiten Außenschenkel und somit durch die Sekundärwicklung 2 geleitet.
Zum Ausführungsbeispiel der Figur 10a zeigt Figur 10c das zugehörige Spannungsübersetzungsverhältnis, d.h., den Quotienten aus Primärwicklungsspannung U1 zur induzierten Sekundärwicklungsspannung U2, als Funktion des Steuerstroms Is. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der die Steuerwicklung aufnehmenden Bohrungen im Steuerabschnitt liegt eine zum Zwecke der Steuerung geeignete und zumindest bereichsweise lineare Charakteristik vor.
Figur 11 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine erste Sekundärwicklung 2a um den zweiten Außenschenkel und eine zweite Sekundärwicklung 2b um den Mittelschenkel gewickelt ist. Figur 12 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt ist.
Figur 13a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 und eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt sind. Ein zugehöriges Ersatzschaltbild zeigt die Figur 13b. Die Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 ist mittels des Steuerstroms steuerbar, sodass eine variable Magnetisierungsinduktivität Lvar parallel zur Hauptinduktivität LH resultiert und somit der Magnetisierungsstrom des Transformators 100 steuerbar ist.
Zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Transformatoren 100 in Mantelkernbauweise zeigen die Figuren 14 und 15, worin Luftspalte 30, die sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts 31 erstrecken, zu einer Verringerung der Magnetisierungsinduktivität führen. In Figur 15 weist der Steuerabschnitt 31 eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten aufweist, welche durch Luftspalte 30 voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment eine Bohrung 4 aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente teils unterschiedliche Abmessungen in der Längserstreckungsrichtung Z relativ zur Abmessung in der ersten Quererstreckungsrichtung X aufweisen. Die Bohrung 4 im mittleren Segment ist als ein Langloch ausgebildet, wodurch eine höhere Steuerdurchflutung möglich ist. Figur 16a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der zweite Außenschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt ist. Figur 16b zeigt ein zugehöriges Ersatzschaltbild. In dieser Konfiguration dient die Variation der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 mittels eines Steuerstroms vorwiegend der Steuerung der Kopplung zwischen der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Steuerabschnitt 31 einen zusätzlichen Luftspalt aufweisen, um die Kopplung der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2 im nicht durch einen Steuerstrom vormagnetisierten Zustand zu erhöhen bzw. auf einen Startwert vorzugeben.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 17 ist der Transformatorkern 3 ringförmig ausgebildet, wobei der gesamte Transformatorkern 3 den Steuerabschnitt 31 bildet, und wobei die Bohrungen 4 in radialer Richtung als zweiter Quererstreckungsrichtung Y‘, Y“ durch den Steuerabschnitt 31 verlaufen. Die Hauptflussrichtung des magnetischen Flusses entsprechend der lokalen Längserstreckungsrichtung Z des Steuerabschnitts 31 verläuft hier kreisförmig.
Figur 18 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel und einem Mitteljoch ausgebildet ist, wobei das Mitteljoch den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine zweiteilige Primärwicklung 1.1 , 1.2 und eine zweiteilige Sekundärwicklung 2.1 , 2.2 um den Mittelschenkel gewickelt sind. Der Transformator 100 im Ausführungsbeispiel der Figur 19 ist dreiphasig ausgebildet, wobei der Transformatorkern 3 als ein Sechsschenkelkern ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel, der dritte Schenkel und der fünfte Schenkel jeweils einen Steuerabschnitt 31 .p1 , 31 .p2, 31 .p3 bilden, wobei
- eine Primärwicklung 1 ,p1 der ersten Phase um den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p1 der ersten Phase um den zweiten Schenkel gewickelt ist, und
- eine Primärwicklung 1 ,p2 der zweiten Phase um den dritten Schenkel und den vierten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p2 der zweiten Phase um den vierten Schenkel gewickelt ist, und
- eine Primärwicklung 1 ,p3 der dritten Phase um den fünften Schenkel und den sechsten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p3 der dritten Phase um den sechsten Schenkel gewickelt ist.
Figur 20 a zeigt einen Transformator 100 mit einem Transformatorkern 3 aus einer Kombination aus einem Mantelkernabschnitt (unten) und einem daran angeordneten E-Kern-Abschnitt (oben), wobei der Mittelschenkel des E-Kern-Abschnitts den Steuerabschnitt 31 bildet und durch einen Luftspalt 30 vom Mantelkernabschnitt getrennt ist, wobei eine erste Teilwicklung 1.1 der Primärwicklung um den Steuerabschnitt 31 gewickelt ist, und wobei eine zweite Teilwicklung 1 .2 der Primärwicklung und eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel des Mantelkernabschnitts gewickelt sind. Figur 20b zeigt ein zugehöriges Ersatzschaltbild, aus welchem hervorgeht, dass in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Steuerstroms und der sich daraus ergebenden Vormagnetisierung im Steuerabschnitt 31 insbesondere die Streuinduktivität Lai der Primärwicklung variierbar ist. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Figurenverzeichnis:
Fig. 1 a - 1 c: schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Anordnung der Bohrungen,
Fig. 2: schematische Darstellung zur Illustration der
Richtungsbezeichnungen,
Fig. 3a - 3c: schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Steuerwicklungen,
Fig. 4: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung,
Fig. 5: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Geometrie,
Fig. 6: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung,
Fig. 7a: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung,
Fig. 7b: Kennlinien zu Fig. 7a,
Fig. 8a: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung und zugehörige Kennlinien,
Fig. 8b: Kennlinien zu Fig. 8a,
Fig. 9 erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 10a: zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 10b simulierte Flussdichteverteilungen im Transformator der Fig. 10a bei Variation des Steuerstroms,
Fig. 10c Kennlinie des Transformators der Fig. 10a,
Fig. 11 : drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators, Fig. 12: viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators,
Fig. 13a: fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 13b Ersatzschaltbild des Transformators der Fig. 13a,
Fig. 14: sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators,
Fig. 15: siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators,
Fig. 16a: achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 16b: Ersatzschaltbild des T ransformators der Fig. 16a,
Fig. 17: neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators,
Fig. 18 zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,
Fig. 19: elftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Transformators,
Fig. 20a: zwölf Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, und
Fig. 20b: Ersatzschaltbild des Transformators der Fig. 20a.
Bezugszeichenliste:
100 Transformator
1 Primärwicklung
1.1 , 1.2 Teilwicklung einer Primärwicklung
1.p1 , 1.p2, 1.p3 Phase einer Primärwicklung
2, 2a, 2b Sekundärwicklung
2.1 , 2.2 Teilwicklung einer Sekundärwicklung
2.p1 , 2.p2, 2.p3 Phase einer Sekundärwicklung
3 Transformatorkern
30 Luftspalt
31 Steuerabschnitt
4 Bohrung Steuerwicklung
X erste Quererstreckungsrichtung
Y zweite Quererstreckungsrichtung
Z Längserstreckungsrichtung x1 , x2, z1 Abstand zu Berandung d4 Abstand zwischen Bohrungen
Bx Abmessung Quererstreckung
Bz Abmessung Längserstreckung
Is Steuerstrom .S Steuerdurchflutung magnetischer Fluss
T Flussverkettung
V magnetische Spannung Streuinduktivität
Lvar variable Magnetisierungsinduktivität LH Hauptinduktivität
R elektrischer Widerstand
N1 , N2 Windungsanzahl
LI1 , U2 elektrische Spannung

Claims

Ansprüche:
1 . Steuerbarer T ransformator (100), wenigstens umfassend eine Primärwicklung (1 ), eine Sekundärwicklung (2) und einen magnetischen Transformatorkern (3), wobei der Transformatorkern (3) wenigstens einen Steuerabschnitt (31 ) mit wenigstens drei Bohrungen
(4) aufweist, wobei der Steuerabschnitt (31 ) eine Längserstreckungsrichtung (Z) entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung (X) und eine zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen (X, Y, Z) paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei
- die Bohrungen (4) im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung (Y) verlaufen,
- in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31 ), welche durch die erste Quererstreckungsrichtung (X) und die zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung (4) verläuft, und
- ein Abstand (x1 ) wenigstens einer Bohrung (4) zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts (31 ) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) größer ist als o ein Abstand (x2, z1 ) der Bohrung (4) zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts (31 ), und/oder o die Hälfte eines Abstands (d4) zu einer weiteren Bohrung (4), wobei eine Steuerwicklung (5) durch die Bohrungen (4) verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms (Is) durch die Steuerwicklung
(5) eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31 ) erzeugbar ist.
2. T ransformator (100) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Steuerabschnitt (31) wenigstens einen Luftspalt (30) aufweist, welcher sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31) erstreckt, wobei durch den Luftspalt (30) eine Berandung des Steuerabschnitts (31) gebildet ist.
3. Transformator (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (31) eine Mehrzahl von Paaren von Bohrungen (4) aufweist, wobei die Paare unterschiedliche Abstände (d4) zwischen den zugehörigen Bohrungen (4) aufweisen.
4. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (4) unterschiedliche Abstände (x1) zu einem Außenrand des Steuerabschnitts (31) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) aufweisen.
5. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Bohrungen (4) als ein Langloch ausgebildet ist.
6. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (31) eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten aufweist, welche durch Luftspalte (30) voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment wenigstens eine Bohrung (4) aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente insbesondere unterschiedliche Abmessungen (Bz) in der Längserstreckungsrichtung (Z) relativ zur Abmessung (Bx) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) aufweisen.
7. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Primärwicklung (1) und/oder wenigstens eine Sekundärwicklung (2) um den Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) gewickelt sind.
8. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weder eine Primärwicklung (1) noch eine Sekundärwicklung (2) um den Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) gewickelt sind.
9. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der T ransformator (100) mehrphasig ausgebildet, wobei der Transformator (3) mehrere Steuerabschnitte (31. p1, 31. p2, 31. p3) umfasst, die jeweils einer Phase eines Mehrphasenwechselstroms zugeordnet sind.
10. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2, 2a) um den zweiten Außenschenkel gewickelt ist.
11. T ransformator (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Sekundärwicklung (2b) um den Mittelschenkel gewickelt ist.
12. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel gewickelt ist.
13. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) und wenigstens eine Sekundärwicklung (2, 2a, 2b) um den Mittelschenkel gewickelt sind.
14. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der zweite Außenschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel gewickelt ist.
15. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) ringförmig ausgebildet ist, wobei der gesamte Transformatorkern (3) oder ein Abschnitt davon den Steuerabschnitt (31) bildet, und wobei die Bohrungen (4) in radialer oder in axialer Richtung durch den Steuerabschnitt (3) verlaufen.
16. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel und einem Mitteljoch ausgebildet ist, wobei das Mitteljoch den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei wenigstens eine Primärwicklung (1.1, 1.2) und wenigstens eine Sekundärwicklung (2.1 , 2.2) um den Mittelschenkel gewickelt sind.
17. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (100) dreiphasig ausgebildet ist, wobei der Transformatorkern (3) als ein Sechsschenkelkern ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel, der dritte Schenkel und der fünfte Schenkel jeweils einen Steuerabschnitt (31.p1 , 31.p2, 31.p3) bilden, wobei
- eine Primärwicklung (1 ,p1 ) der ersten Phase um den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p1) der ersten Phase um den zweiten Schenkel gewickelt ist, und
- eine Primärwicklung (1 ,p2) der zweiten Phase um den dritten Schenkel und den vierten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p2) der zweiten Phase um den vierten Schenkel gewickelt ist, und - eine Primärwicklung (1 ,p3) der dritten Phase um den fünften Schenkel und den sechsten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p3) der dritten Phase um den sechsten Schenkel gewickelt ist.
18. T ransformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als eine Kombination aus einem Mantelkernabschnitt und einem daran angeordneten E-Kern-Abschnitt ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel des E-Kern-Abschnitts den Steuerabschnitt (31) bildet und durch einen Luftspalt (30) vom Mantelkernabschnitt getrennt ist, wobei eine erste Teilwicklung (1.1) einer Primärwicklung um den Steuerabschnitt (31) gewickelt ist, und wobei eine zweite Teilwicklung (1.2) der Primärwicklung und eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel des Mantelkernabschnitts gewickelt sind.
19. T ransformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (100) eine Gleichstromquelle und eine zugehörige Steuerung umfasst, mittels welchen der Steuerstrom (Is) zur Erzeugung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31) in die Steuerwicklung (5) einbringbar ist.
20. Verfahren zur Steuerung eines Transformators (100) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Steuerstrom (Is) in die Steuerwicklung (5) eingebracht wird, welcher eine derartige Vormagnetisierung in dem Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) erzeugt, dass eine gewünschte Magnetisierungsinduktivität des Transformators (100) und/oder ein gewünschtes Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen der wenigstens einen Primärwicklung (1) und der wenigstens einen Sekundärwicklung (2) eingestellt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom (Is) durch eine Gleichstromquelle erzeugt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch eine Primärwicklung (1) fließender Strom (I) als ein gepulster Gleichstrom ausgebildet ist, welcher nach dem Durchlaufen der Primärwicklung (1) die Steuerwicklung (5) durchläuft, wodurch der Steuerstrom (Is) gebildet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch eine Primärwicklung (1) fließender Strom (I) als ein Mischstrom ausgebildet ist, wobei der Gleichstromanteil und der Wechselstromanteil des Mischstroms voneinander getrennt werden, und wobei der Steuerstrom (Is) durch den Gleichstromanteil gebildet wird.
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