FR2506064A1

FR2506064A1 - Core arrangement for multiple winding compound transformer - has common yoke section allowing flux to be diverted through secondary cores by controlling the current in series windings

Info

Publication number: FR2506064A1
Application number: FR8208193A
Authority: FR
Inventors: Irvin Lynn Hansen; Randall Walter Haack
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1982-11-19
Also published as: BR8202844A; NO821547L; FR2506064B1; ES512246A0; BE893234A; ES8305965A1; JPS584912A; JPH0243324B2; IN161003B

Abstract

Two transformer core structures are provided with several core sections each having a winding. The two sections have outer yokes, but share a common central yoke. In normal operation, the flux is constant in the transverse cores of the main transformer. The flux density in the series magnetic circuit is not constant, as the applied voltage to the series windings depends the position of the tapping point on the regulator winding. If the series winding voltage is increased, flux is made to flow in transverse cores being communicated through the common yoke.

Description

Transformateur multiple a éléments communs de circuits magnétiques. Multiple transformer with common elements of magnetic circuits.

ta présente invention concerne une structure de transformateur comportant l'ensemble complet de circuits magnétiques et de bobinages pour un transformateur principal et un transformateur série, une partie du circuit magnétique de chaque transformateur étant commune a ces deux transformateurs. the present invention relates to a transformer structure comprising the complete set of magnetic circuits and coils for a main transformer and a series transformer, a part of the magnetic circuit of each transformer being common to these two transformers.

Certaines applications des transformateurs nécessitent l'association d'un transformateur principal et d'un transformateur série pour obtenir les caractéristiques électriques voulues. Quand on utilise ce principe, les transformateurs principaux et série se composent normalement de deux ensembles séparés et complets d'un circuit magnétique et de bobinages, il en résulte que l'unité totale est sensiblement volumineuse, lourde et conteuse. Certain transformer applications require the combination of a main transformer and a series transformer to obtain the desired electrical characteristics. When this principle is used, the main and series transformers normally consist of two separate and complete assemblies of a magnetic circuit and windings, it results from this that the total unit is appreciably bulky, heavy and storytelling.

Comme la tension des transformateurs augmente, la taille des transformateurs série augmenteen proportion. Dans les applications de transformateur de four, par exemple, le transformateur série peut fournir environ 50 % des KVA du transformateur principal. I1 est donc souhaitable d'utiliser l'espace aussi efficacement que possible. As the transformer voltage increases, the size of the series transformers increases in proportion. In furnace transformer applications, for example, the series transformer can supply approximately 50% of the KVA of the main transformer. It is therefore desirable to use the space as efficiently as possible.

On a découvert que suivant la présente invention, des problèmes rencontrés dans la conception et l'utilisation de deux ensembles complets séparés d'un circuit magnétique et de bobinages pour les transformateurs principaux et série, peuvent être résolus en utilisant un dispositif à induction électrique comportant une première structure de circuit magné tique composée de n pngers éléments de noyau et des premier et second éléments de culasse formés de lamelles métalliques empilées, les n éléments de noyau étant espacés pour former n-l premières ouvertures entre eux; une seconde structure de circuit magnétique composée de n seconds éléments de noyau et des troisième et quatrième éléments de culasse formés de lamelles métalliques empilées, les n seconds éléments de noyau étant espacés pour former n-l secondes ouvertures entre eux; une série d'enroulements couplés par induction à chaque structure de circuit magnétique; et au moins une partie d'une culasse de la première structure de circuit magnétique étant commune à au moins une partie de la seconde structure de circuit magnétique. It has been discovered that according to the present invention, problems encountered in the design and use of two separate complete sets of a magnetic circuit and of coils for the main and series transformers can be solved by using an electric induction device comprising a first magnetic circuit structure composed of n pngers core elements and first and second yoke elements formed of stacked metal lamellae, the n core elements being spaced apart to form nl first openings therebetween; a second magnetic circuit structure composed of n second core elements and third and fourth yoke elements formed of stacked metal lamellae, the n second core elements being spaced apart to form n-1 second openings therebetween; a series of windings coupled by induction to each magnetic circuit structure; and at least a part of a yoke of the first magnetic circuit structure being common to at least a part of the second magnetic circuit structure.

L'avantage du dispositif suivant la présente invention est qu'il utilise un noyau ou une culasse en commun pour réduire la taille, le poids et les pertes magnétiques du circuit magnétique. The advantage of the device according to the present invention is that it uses a core or a yoke in common to reduce the size, the weight and the magnetic losses of the magnetic circuit.

A titre d'exemple, on va maintenant décrire des modes de réalisation du dispositif de la présente invention, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue en plan d'un transformateur de forme allongée avec des ensembles circuit magnétiquebobinages séparés pour les sections de transformateurs principale et série selon l'état de la technique;
la figure 2 est une vue en plan d'un transformateur de forme allongée comportant une culasse commune aux ensembles circuit magnétique-bobinages principal et série suivant la présente invention;
les figures 3 et 4 sont des coupes verticales suivant la ligne III-III de la figure 2, montrant deux réalisations de l'ensemble des circuits magnétiques combinés où l'un des circuits magnétiques du transformateur principal ou série est plus volumineux que l'autre;;
la figure 5 est une vue en plan d'un transformateur de forme allongée suivant la présente invention;
la figure 6 est une vue en plan d'un transformateur de forme carrée suivant la présente invention; et
la figure 7 est une vue en plan d'un transformateur de forme allongée comportant un circuit magnétique à sept noyaux.By way of example, we will now describe embodiments of the device of the present invention, with reference to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a plan view of an elongated transformer with separate magnetic coil circuit assemblies for the main and series transformer sections according to the prior art;
Figure 2 is a plan view of an elongated transformer having a yoke common to the magnetic circuit-main windings and series according to the present invention;
Figures 3 and 4 are vertical sections along the line III-III of Figure 2, showing two embodiments of all of the combined magnetic circuits where one of the magnetic circuits of the main or series transformer is larger than the other ;;
Figure 5 is a plan view of an elongated transformer according to the present invention;
Figure 6 is a plan view of a square shaped transformer according to the present invention; and
Figure 7 is a plan view of an elongated transformer having a magnetic circuit with seven cores.

A la figure 1, un transformateur de l'état de la technique en général est référencé 11 et il comporte un ensemble 13 circuit magnétique-bobinages principal et un ensemble circuit magnétique-bobinages auxiliaire ou série 15. In FIG. 1, a transformer of the state of the art in general is referenced 11 and it comprises a set 13 magnetic circuit-main windings and a set magnetic circuit-auxiliary windings or series 15.

L'ensemble principal 13 comprend un circuit magnétique 17 ayant une culasse 19. De même, l'ensemble auxiliaire 15 comprend une culasse 21 parallele à la culasse 19, mais séparée de cette culasse conformément à l'état de la technique. The main assembly 13 comprises a magnetic circuit 17 having a yoke 19. Similarly, the auxiliary assembly 15 comprises a yoke 21 parallel to the yoke 19, but separated from this yoke according to the state of the art.

A la figure 2, un transformateur en général référencé 23 comprend les circuits magnétiques 25,27 qui sont des ensembles circuit magnétique-bobinages du type " 5 noyaux" comportant les bobinages 29, 31, 33 pour le circuit magnétique principal 25, et les bobinages 35, 37, 39 pour le circuit magnétique série 27. Le transformateur 23 comporte également les culasses 41, 43, 45 parmi lesquelles la culasse 43 est commune aux deux circuits magnétiques 25, 27. In FIG. 2, a transformer generally referenced 23 comprises the magnetic circuits 25, 27 which are magnetic circuit-coil assemblies of the "5-core" type comprising the coils 29, 31, 33 for the main magnetic circuit 25, and the coils 35, 37, 39 for the series 27 magnetic circuit. The transformer 23 also includes the yokes 41, 43, 45 among which the yoke 43 is common to the two magnetic circuits 25, 27.

C'est dans le fait que la culasse 43 est commune aux deux circuits magnétiques 25 et 27 que réside l'idée essentielle de l'invention. It is in the fact that the yoke 43 is common to the two magnetic circuits 25 and 27 that resides the essential idea of the invention.

A la figure 3, la culasse 43 est montrée comme étant formée par les parties des circuits magnétiques 25, 27 qui se chevauchent. De même, à la figure 4, la culasse 43 est représentée comme étant commune aux circuits magnétiques 25, 27. Les circuits magnétiques principal et série 25, 27 n'ont pas nécessairement la même hauteur et ne fonctionnent pas nécessairement avec la même induction. In Figure 3, the yoke 43 is shown to be formed by the parts of the magnetic circuits 25, 27 which overlap. Similarly, in Figure 4, the yoke 43 is shown as being common to the magnetic circuits 25, 27. The main and series magnetic circuits 25, 27 do not necessarily have the same height and do not necessarily operate with the same induction.

Ainsi, alors que les deux ensembles classiques circuit magnétique-bobinages de forme allongée représentés figure l,utilisent des culasses 19, 21 séparées, les nouvelles structures 25, 27, suivant la présente invention, ont en commun la culasse 43 (figure 2). Pendant le fonctionnement, la densité de flux est constante dans les trajets A, B et C puisque le flux est engendré par les enroulements du circuit magnétique principal 25; c'est-à-dire qu'il existe un rapport volts/tours constant. Cependant, la densité de flux dans le circuit magnétique série 27 n'est pas constante puisque la tension appliquée varie avec la position de la prise intermédiaire sur l'enroulement régulateur du circuit magnétique principal 25.Quand le transformateur série n'est pas excité, le flux ne s'écoule pas par les trajets a, b et c; par conséquent, le flux circulant dans les trajets A, B et C s'écoule à travers la culasse 43 commune. Si on augmente l'excitation de survoltage dans le transformateur série, le flux commence à s'écouler dans les trajets a, b et c. Le flux dans la culasse commune commence donc à circuler à travers a, b et c et dans la culasse extérieure. Thus, while the two conventional magnetic circuit-elongated winding assemblies shown in FIG. 1 use separate yokes 19, 21, the new structures 25, 27 according to the present invention have in common the yoke 43 (FIG. 2). During operation, the flux density is constant in paths A, B and C since the flux is generated by the windings of the main magnetic circuit 25; that is, there is a constant volts / revs ratio. However, the flux density in the series magnetic circuit 27 is not constant since the applied voltage varies with the position of the intermediate tap on the regulator winding of the main magnetic circuit 25. When the series transformer is not energized, the flow does not flow through paths a, b and c; consequently, the flow circulating in paths A, B and C flows through the common cylinder head 43. If the boosting excitation is increased in the series transformer, the flux begins to flow in paths a, b and c. The flow in the common cylinder head therefore begins to flow through a, b and c and in the external cylinder head.

On remarque que ce qui précède est satisfaisant pour le survoltage uniquement; une application avec dévoltage va saturer la culasse commune. A cause de l'incapacité d'utiliser le survoltage-dévoltage, l'enroulement régulateur du transformateur principal sera plus volumineux. Quoi qu'il en soit, l'économie de poids de circuit magnétique en kilogrammesavec les dimensions exprimées en mètres sera approximativement
(7360) x (longueur brute de la culasse) x (hauteur de
la plus courte culasse) x (largeur de la culasse)
L'idée de la présente invention peut être étendue avec différents degrés d'efficacité au transformateur standard de forme allongée (cf. figure 5) mettant en application des circuits magnétiques 47, 49 séparés, le premier comportant des noyaux 51, 53 et le second des noyaux 55, 57.Des enroulements ou bobinages séparés 59, 61 entourent les noyaux 53, 55 afin de réaliser une partie de phase A ayant une culasse commune formée des culasses 63, 65 des circuits magnétiques 47, 49. Les bobinages 71, 73, autour des noyaux 53, 55 forment une phase B ayant également une culasse commune composée des culasses 75, 77. De même, les bobinages 79, 81, entourant les noyaux communs 53, 55 forment une phase C ayant une culasse commune composée des culasses 83, 85.It is noted that the above is satisfactory for boosting only; an application with devoltage will saturate the common cylinder head. Because of the inability to use boost-boost, the regulator winding of the main transformer will be larger. Anyway, the saving of magnetic circuit weight in kilograms with the dimensions expressed in meters will be approximately
(7360) x (gross length of cylinder head) x (height of
shortest cylinder head) x (width of cylinder head)
The idea of the present invention can be extended with different degrees of efficiency to the standard elongated transformer (cf. FIG. 5) using separate magnetic circuits 47, 49, the first comprising cores 51, 53 and the second cores 55, 57. Separate windings or coils 59, 61 surround the cores 53, 55 in order to produce a phase A part having a common yoke formed by yokes 63, 65 of the magnetic circuits 47, 49. The coils 71, 73 , around the cores 53, 55 form a phase B also having a common yoke composed of the yokes 75, 77. Similarly, the coils 79, 81, surrounding the common cores 53, 55 form a phase C having a common yoke composed of the yokes 83, 85.

En plus de la structure de forme allongée représentée figure 5, le principe de la présente invention est également applicable awtransformateurs de forme carrée tels que le montre la figure 6 dans laquelle des bobinages 87 sont disposés sur les noyaux 89 pour fonctionner avec des bobinages 91 similaires sur les noyaux 93 de la partie auxiliaire ou série afin de former les trois phases A, B et C ayant une culasse 95 commune. In addition to the elongated structure shown in FIG. 5, the principle of the present invention is also applicable to transformers of square shape as shown in FIG. 6 in which the coils 87 are arranged on the cores 89 to operate with similar coils 91 on the cores 93 of the auxiliary part or series in order to form the three phases A, B and C having a common cylinder head 95.

Un autre mode de réalisation est représenté à la figure 7. I1 comporte un circuit magnétique 97 à sept noyaux comprenant les noyaux auxiliaires 98 entre les phases. Des bobinages 99 sont disposés sur les noyaux 100. Another embodiment is shown in FIG. 7. I1 comprises a magnetic circuit 97 with seven cores comprising the auxiliary cores 98 between the phases. Windings 99 are arranged on the cores 100.

Ainsi, la structure de transformateur de la présente invention permet l'utilisation d'une culasse ou d'un noyau commun pour réduire la taille, le poids, et les pertes magne- tiques des circuits magnétiques, tout en éliminant du fer.
Enfin, le principe de la présente invention est utile pour des structures monophasées aussi bien que triphasées. Thus, the transformer structure of the present invention allows the use of a common yoke or core to reduce the size, weight, and magnetic losses of the magnetic circuits, while removing iron.
Finally, the principle of the present invention is useful for single-phase as well as three-phase structures.

Claims

1. Electric induction device, characterized in that it comprises a first structure (25) of magnetic circuit composed of n first core elements and first (41) and second (43) cylinder head elements formed from stacked metal strips , the n core elements being spaced apart to form nl first openings therebetween; a second magnetic circuit structure (27) composed of n second core elements and of third (43) and fourth (45) yoke elements formed of stacked metal lamellae, the n second core elements being spaced apart to form between them nl seconds openings; a series of windings (29, 31, 33, 35, 37, 39) associated with the magnetic circuit structures (25,27), at least part of a yoke (43) of the first magnetic circuit structure being common to a yoke of the second magnetic circuit structure.

2. Device according to claim 1, characterized in that said yoke of the first magnetic circuit structure (25) and said yoke of the second magnetic circuit structure (27) together form a single yoke (43) common to both magnetic circuit structures.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first magnetic structure (25) constitutes a main transformer and that the second magnetic structure (27) constitutes a series transformer.

4. Device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the first structure (25) of the magnetic circuit constitutes a magnetic circuit with five cores.

5. Device according to any one of claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that said series of windings constitutes a first structure of windings (29, 31, 33) coupled by induction to the first structure ( 25) of magnetic circuit, and a second winding structure (35, 37, 39) coupled by induction to the second structure (27) of magnetic circuit.

6. Device according to claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that said series of windings constitutes a winding structure coupled by induction to each magnetic circuit structure.