NO322234B1 - Variabel induktiv anordning - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen omfatter en styrbar induktiv anordning, med en første kjerne (2), en hovedvikling (3) og en styringsvikling (4), hvor hovedviklingen (3) og styringsviklingen (4) er tilpasset til å tilveiebringe ikke-parallelle magnetiske felter. Anordningen erat den første kjernen (2) omfatter: a) to indre plateelementer (5, 6) og to ytre plateelementer (7, 8), hvor plateelementene (5, 6, 7, 8) er arrangert i det vesentlige parallelt i forhold til hverandre, b) indre og ytre åkelementer (henholdsvis 9, 10) for magnetisk sammenkobling av endene hos de indre plateelementene (14, 15) i forhold til hverandre og endene av de ytre plateelementene (16, 17) i forhold til hverandre, c) magnetiske koblingselementer (11) for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement (henholdsvis 12, 13 og 18, 19), og at hovedviklingen (3) er tilpasset for plassering om et første par plateelementer dannet av et første indre element (5 eller 6) og et første nærliggende ytre element (henholdsvis 7 eller 8). Oppfinnelsen er også relatert til transformatorer og andre anordninger omfattende en slik induktiv anordning.

Description

Introduksjon/teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen angår området induktive anordninger og beskriver mer spesifikt en variabel induktiv anordning, omfattende en første kjerne, en hovedvikling og en styringsvinkling hvor hovedviklingen og styrings vikl ingen er tilpasset til å tilveiebringe ikke-parallelle magnetiske felter.

Variable induktive anordninger, hvor impedansen varieres ved hjelp av en styringsstrøm er beskrevet f.eks. i WO 01/90835 og GB 817,398.

Imidlertid er de kjente løsningene ikke ment å tilveiebringe en anordning som enkelt kan tilpasses ulike effektkrav. Ulike høyeffektsanvendelser krever variasjon i den induktive anordningens størrelse, siden det er et direkte forhold mellom effekten som kan håndteres av en induktiv anordning og mengden magnetisk materiale i anordningen.

Produksjon av induktive anordninger er en tidskrevende prosess, og det er et behov for en løsning som tillater rasjonalisering av produksjonsprosessen.

Med dette i tankene er formålet med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en induktiv anordning som omfatter deler som enkelt kan fremstilles og sammensettes, og som enkelt kan tilpasses ulike høyeffektanvendelser.

Disse og andre formål oppnås ved hjelp av en styrbar induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen, omfattende en første kjerne, en hovedvikling og en styringsvikling, hvor hovedviklingen og styringsviklingen er tilpasset til å tilveiebringe ikke-parallelle magnetiske felter, og som er karakterisert ved at den første kjernen omfatter: a) to indre plateelementer og to ytre plateelementer, hvor plateelementene er arrangert vesentlig parallelt i forhold til hverandre, b) indre og ytre åkelementer for magnetisk kobling av endene hos de indre plateelementene til hverandre og av endene hos de ytre plateelementene til hverandre, c) magnetiske koblingselementer for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement til hverandre, og hvor hovedviklingen er tilpasset for plassering omkring et første par av plateelementer dannet av et første indre element og et første nærliggende ytre element.

Oppfinnelsen er i tillegg kjennetegnet ved det som fremgår av de vedlagte krav.

I én utførelsesform av oppfinnelsen omfatter den induktive anordningen to magnetiske koblingselementer for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement til sidene hos et nærliggende plateelement. Denne utførelsesformen av oppfinnelsen kan anvendes med en styringsvikling anbrakt rundt én eller begge de magnetiske koblingselementene, som vil bli beskrevet senere..

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en lukket magnetisk bane tilveiebrakt for styringsfluks ved hjelp av fire magnetiske koblingselementer for magnetisk kobling av sidene hos de indre plateelementene til sidene hos de tilsvarende nærliggende ytre plateelementene. Denne utførelsesformen av oppfinnelsen kan anvendes med en styringsvikling anbrakt mellom plateelementene, noe som vil bli beskrevet senere.

I én utførelsesform av oppfinnelsen omfatter de magnetiske koblingselementene delkoblingselementer anbrakt mellom folier av isolasjonsmateriale.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er tverrsnittet til de magnetiske koblingselementene generelt U-formet.

Styringsviklingen kan monteres på ulike deler av den induktive anordningen, og i én utførelsesform strekker den seg mellom hvert indre og nærliggende ytre plateelement og mellom indre og ytre åkelementer. I en annen utførelsesform er styringsviklingen viklet rundt det magnetiske koblingselementet. Sistnevnte har den fordelen at det er enkelt å addere vindinger til styringsviklingen siden den er plassert eksternt

Den induktive anordningen i samsvar med oppfinnelsen kan være grunnlag for en transformator med styrbart omsetningsforhold. Styringen av omsetnings forholdet utføres ved hjelp av strømmen i styringsviklingen, som endrer den første kjernens magnetiske egenskaper.

I transformatorer i samsvar med kjent teknikk er nominelt omsetningsforhold fast. Det er avhengig av forholdet mellom antallet vindinger i primærviklingen og sekundærviklingen. For å tillate en justering i spenning er det tatt ut uttak fra vindingene til terminaler slik at antallet vindinger hos en vikling kan endres. Spenningen indusert i hver vinding er en bestemt del av viklingens spenning. Spenningsendringen utføres i trinn og trinnspenningen er avhengig av antall vindinger mellom hvert uttak. For. en fin spenningsregulering er det kun et par vindinger mellom hvert uttak, og for en grov spenningsregulering er det flere vindinger mellom uttakene. Uttakene er koblet til en uttaksendrer, som er en spesiell type effektbryter. Uttaksendringsarrangementet er mekanisk kompliserte og kostbare i vedlikehold. Spenningsendringsjustering skjer svært sakte, siden mekaniske anordninger må endre sin tilstand. Den mekaniske uttaksendreren er eksponert for mekanisk slitasje og dennes konstruksjon kompliserer viklingen til transformatoren.

Enkelte forsøk har vært gjort for å løse dette problemet ved å tilveiebringe transformatorer hvor kjernens permeabilitet styres for å styre effektoverføringen mellom primærviklingen og sekundærviklingen. I enkelte eksempler (se WO 01/90835) er det anvendt en "tønne-/rør-basert" struktur. Dette betyr at en magnetisk påvirket spenningsomformer vanligvis består av et eksternt rør og et innvendig rør for å danne en permeabilitetsstyrt kjerne. En primær og en sekundær vikling er viklet rundt rørene. En styringsvikling er viklet rundt det indre røret, en ekstern sekundær kjerne med viklinger er anbrakt konsentrisk rundt den styrte kjernen og en primærvikling lukker inne alle kjernene. Konstruksjonen av den fluktstyrte delen av kjernen og den toroidiske formen i seg selv er ikke så fleksible som det behøves for konstruksjon av høyspenningsanvendelser eller andre spesielle anvendelser. Utformingen har også enkelte begrensninger med tanke på termisk ytelse, og ut fra dette er det begrenset til et bestemt nivå på effektstyring. Et annet eksempel er US patent 3 403 323, som beskriver en elektrisk energiomformingsanordning og -regulator. I dette patentet er kjernetopologien av kubisk form med fire ben og åpninger for viklingene i sideområdene hos kuben. En styrt transformator er tilveiebrakt basert på en vikling parallelt til DC-styringsviklingen og overføringen av effekt er basert på transformatorvirkning i denne kuben delvis ved ortogonale felter og delvis ved felter som er i samme retning for primærsiden og sekundærsiden. Denne transformatoren er ikke effektiv nok for høyeffektsapplikasjoner, og er best passende for signalapplikasjoner. For større overføring av elektrisk energi er det nødvendig med mer effektive løsninger med tanke på topologi.

En transformatoranordning med styrbart omsetningsforhold i samsvar med oppfinnelsen omfatter, bortsett fra de elementene nevnt ovenfor som danner en variabel induktiv anordning (en første kjerne, en hovedvikling og en styringsvikling), en sekundærvikling tilpasset for plassering om et andre par av plateelementer dannet av et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement. I denne utførelsesform av oppfinnelsen danner hovedviklingen primærviklingen.

I en alternativ utførelsesform omfatter transformatoranordningen med styrbart omsetningsforhold i samsvar med oppfinnelsen, bortsett fra grunnelementene som nevnt ovenfor som danner en variabel induktiv anordning (en første kjerne, en hovedvikling og en styringsvikling), en andre kjerne omfattende: to indre plateelementer og to ytre plateelementer, hvor plateelementene er arrangert i det vesentlige parallelt i forhold til hverandre og parallelt i forhold til plateelementene i den induktive anordning, indre og ytre åkelementer for magnetisk kobling av ender hos de indre plateelementene til hverandre <p>g av ender til de ytre plateelementene til hverandre, og en primærvikling tilpasset for plassering rundt et andre par av plateelementer dannet av et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement i den første induktive anordningen og et par plateelementer dannet av et indre plateelement og et ytre plateelement i den andre kjernen. I denne utførelsesformen av oppfinnelsen danner hovedviklingen sekundærviklingen.

I en foretrukket utførelsesform er transformatoranordningen gitt ytterligere fleksibilitet ved at den andre kjernen omfatter et magnetisk koblingselement for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement og nærliggende ytre plateelement, og en styringsvikling er tilpasset til å tilveiebringe et magnetisk felt som er ikke-parallelt til det magnetiske feltet hos hovedviklingen. Den andre kjernen i disse utførelsesformene av oppfinnelsen kan være dimensjonert for å ta i betraktning ikke bare dimensjonene til den første kjernen, men også prosentandelen av spenningsregulering som behøves.

I en annen utførelsesform omfatter oppfinnelsen en styrbar induktiv anordning for bruk sammen med transformatorer, omfattende en variabel induktiv anordning hvor hovedviklingen er tilpasset for å motta en del av transformatorens kjerne. Utførelsesformen av oppfinnelsen er spesielt nyttig i trefaseapplikasjoner, hvor en bypass-(forbikobling)bane enkelt kan tilføres en tradisjonell transformatorkonstruksjon. Ved å bruke en slik kjernetopologi som en tilleggs fluksbane for fluks forbindelsen hos hovedkjernen, med primær- og/eller sekundærviklingen avhengig av viklingsutformingen, er det enkelt å implementere kontinuerlig styring av spenningsregulering. I denne typen spenningsstyring introduserer den oppdelte fluksen en styrt induktans som er i serie med lastviklingen, og også den magnetiske induktansen kan gjøres styrbar. Forholdet til spenningsreguleringen avhenger av forholdet til serieinduktansen i forhold til den magnetiske induktansen. Det er også et induktivt spenningsfall som er proporsjonalt med laststrømmen. Den første kjernen hos den induktive anordningen i samsvar med oppfinnelsen og den andre kjernen i transformatoranordningen i samsvar med oppfinnelsen tillater enkel og fleksibel produksjon av kjernedelene. Kjernedelene kan være produsert av viklet sjiktmateriale, ved laminering eller ved andre tilsvarende prosesser, og ut fra kjernedelens enkle geometri kan disse prosessene utføres til svært lave kostnader.

Oppfinnelsen omfatter en modul som kan anvendes som en induktiv anordning eller transformatoranordning, og som også kan utvides ved hjelp av lignende moduler for å tilveiebringe ytterligere fleksibilitet eller å tillate applikasjoner med høyere effekt.

Oppfinnelsen omfatter også transformatorstrukturer med én eller flere sammensatte kjerner med lik eller ulik størrelse og én eller flere viklinger som innelukker én eller flere kjerner delvis eller fullstendig.

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer i detalj og med henvisning til figurene hvor:

Fig. 1 viser prinsippet for en variabel induktiv anordning.

Fig. 2 viser komponentene i en induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen i et snittriss. Fig. 3 viser en anordning i samsvar med oppfinnelsen hvor hoved- og styringsfluksretningene er vist.

Fig. 4 viser plateelementene i større detalj.

Fig. 5 viser hvordan åkelementene kan produseres.

Fig. 6 viser hvordan elementene i de magnetiske koblingselementene kan produseres. Fig. 7 viser plasseringen av styringsviklingen i én utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 8 viser styringsviklingen i en annen utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 9-11 illustrerer sammensetningen av en transformator i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 12 og 13 illustrerer prinsippet bak en andre utførelsesform av en transformator i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 14 og 15 viser enkelte trinn i produksjonen av en transformator 61 i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 15 viser en transformator i samsvar med én utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 16 viser en styrbar induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen for bruk sammen med transformatorer. Fig. 1 viser prinsippet bak en anordning i samsvar med oppfinnelsen. En slik anordning 1 omfatter en første kjerne 2, en hovedvikling 3 og en styringsvikling 4, hvor hovedviklingen 3 og styringsviklingen 4 er tilpasset til å tilveiebringe ikke-parallelle magnetiske felter. Som nevnt tidligere er variable induktive anordning a<y >denne typen nevnt f.eks. i WO 01/90835. Fig. 2 viser komponentene i en induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen i et splittriss. Disse er: a) to indre plateelementer 5, 6 og to ytre plateelementer 7, 8, hvor plateelementene 5, 6, 7, 8 er arrangert vesentlig parallelt i forhold til hverandre, b) indre 9 og ytre 10 åkelementer for magnetisk kobling av endene hos de indre plateelementene 14, 15 til hverandre og endene av de ytre plateelementene 16,17 til

hverandre,

c) magnetiske koblingselementer 11 for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement 12 og 13, eller 18 og 19. For

enkelhets skyld er kun ett magnetisk koblingselement vist i figuren for kobling av de fremre sidene av plateelementene 12 og 13, men et andre magnetisk koblingselement er tilveiebragt for koblingen av den bakre siden av plateelementene 12 og 13, som vil bli vist nedenfor. I samsvar med oppfinnelsen er hovedviklingen 3 tilpasset for plassering omkring et første par av plateelementer dannet av et indre element og et nærliggende ytre element 5, 7 eller 6, 8.

Som det kan ses omfatter den induktive anordningen 1 i samsvar med oppfinnelsen deler med en enkel geometri, som er spesielt utformet for enkel produksjon og sammensetting.

Fig. 3 viser en anordning 1 i samsvar med oppfinnelsen. I figuren er arbeids- og styringsfluksretningene vist. Arbeidsfluksen eller hovedfluksen forbinder vindingene i viklingen(e) og bidrar dermed til induktans- og effektoverføring mellom en primær- og en sekundærvikling. Denne fluksen vil ha en retning 21 definert av viklingens akse hos hovedviklingen 3 (ikke vist). Som nevnt ovenfor omfatter anordningen 1 i samsvar med oppfinnelsen midler for styring av kjernens permeabilitet, dvs. den omfatter en styringsvikling 4 som er tilpasset til å danne en fluks i det vesentlige vinkelrett på hovedfluksen. I anordningen i samsvar med oppfinnelsen tilveiebringer plateelementer 5, 6, 7, 8 en bane for hovedfluksen i deres lengderetning 21. Åkelementer 9, 10 tilveiebringer, sammen med plateelementer 5, 6, 7, 8, en lukket bane for hovedfluksen. Anordningen omfatter videre hovedsakelig U-formede magnetiske koblingselementer 11, som tilveiebringer en lukket lavreluktansbane for styringsfluks (retning 22). For å oppnå en høyreluktansbane for hoved-/arbeidsfluks som kan strømme i tverretningen i det magnetiske koblingselementet 11 (23, den samme som lengderetningen til den totale konstruksjonen), kan magnetiske koblingselementer 11 omfatte elementer 24 med et lite avstandsstykke av ikke-magnetiserbart materiale.

Fig. 4 viser plateelementer 5, 6, 7, 8 med plateelementender 14, 15,16, 17 og sider 12, 13, 18, 19. Disse kjerneelementene er i den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen laget av høykvalitets silikonstål med retningsoirenterte korn. Hovedfluksbanen er i retningen til de retningsoirenterte kornene eller lengderetningen 21, og hvert plateelement omfatter laminerte sjiktremser med en rektangulær form. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter plateelementene 5, 6, 7, 8 slisser 31 ved endeflatene. Formålet med slissene 31 er å konsentrere styringsfluksen som overføres i tverretningen 22 i plateelementene. En eller flere av disse slissene, med en mindre bredde, gjør reluktansen for tverrfluksbanen gjennom slisseområdet mye høyere enn reluktansen i de andre delene av kjernen. Det er mulig å utstyre alle plateelementene med slisser 31 men det vil også være mulig å begrense antallet elementer med slisser til 3, 2 eller 1.1 elementene er retningen til de retningsorienterte kornene parallell med retningen 21. Fig. 5 viser hvordan åkelementer 9 og 10 kan produseres ved å bruke viklet sjiktmateriale, f.eks. stål. Sjiktmaterialet rulles på et ytre rør 41 og et indre rør 42 og deretter kuttes rørene 41 og 42 til to halvdeler (henholdsvis 10, 9). Hver halvdel vil danne et åk 9, 10. Fig. 6 viser hvordan del-elementer 24 i det magnetiske koblingselementet 11 kan produseres. Igjen rulles sjiktmaterialet (f.eks. stål) til en rørkonfigurasjon, og røret kuttes i skiver 43 og disse til to halvdeler 24. Hver halve skive vil danne et del-element 24.

Som et alternativ kan åkene og de magnetiske koblingselementene lages av magnetiske kompositter [Somaloy™] eller sintrede materialer (f.eks. som produsert av Høganes i Sverige).

Fig. 7 viser plasseringen av styringsviklingen 4 i en utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utførelsesformen strekker styringsviklingen 4 (brutt linje) seg mellom hver indre og nærliggende ytre plateelement (henholdsvis 7, 5 og 6, 8) og mellom indre og ytre åkelementer 9, 10. Fordelen med denne utførelsesformen av oppfinnelsen er at styringsviklingen 4 er beskyttet fra eksterne belastninger. Hovedulempen er at denne utførelsesformen av oppfinnelsen krever at styringsviklingen 4 vikles på en delvis sammensatt kjerne. Enkelte problemer relatert til viklingsavkjøling kan også fremkomme.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen (fig. 8), som er spesielt fordelaktig med tanke på dette, er styringsviklingen 4 tilpasset til å bli anbragt rundt de magnetiske koblingselementene 11. Få denne måten kan styringsviklingen 4 settes sammen ved å stikke inn delen 11 i rommet som omgis av vindingene i styringsviklingen 4. Styringsviklingen 4 kan produseres som en enkelt del på ett sted og deretter transporteres til sammenstillingsfabrikken for sammensetting til den induktive anordningen 1. Illustrasjonen av sammensetningen viser at det er myr fritt rom for flere vindinger dersom det er ønskelig, ettersom det meste av rommet mellom plateelementene er ledig. Dette gir anordningen i samsvar med oppfinnelsen fleksibilitet med tanke på spennings- og effektoverføringsstyring, siden disse egenskapene vil avhenge blant annet av antallet vindinger i styringsviklingen 4.

Fig. 9-11 viser enkelte av sammenstillingstrinnene for en transformator 51 i samsvar med oppfinnelsen. En transformator i samsvar med oppfinnelsen vil omfatte en primær vikling 52, en sekundær vikling 53 og en styringsvikling 4 (fig.

9)-

Fig. 10 viser et trinn i prosessen ved implementering av en transformator 51.1 et første trinn tilveiebringes fire plateelementer 5, 6, 7, 8 og magnetiske koblingselementer (ikke vist), og en styringsvikling 4 arrangeres rundt de magnetiske koblingselementene.

Deretter plasseres en primærvikling 52 og en sekundærvikling 53 rundt et første og et andre par plateelementer. Dette er vist i fig. 11, som representerer en utførelsesform av oppfinnelsen, hvor den induktive anordningens hovedvikling tilveiebringer transformatorens primærvikling 52, og som omfatter en sekundærvikling 53 tilpasset for plassering om et andre par av plateelementer dannet av et indre element og et nærliggende ytre element 6, 8. På den samme måten som beskrevet tidligere i forhold til styringsviklingen 4, tillater denne utførelsesformen av oppfinnelsen bruk av en forhåndsprodusert vikling, dvs. den krever ikke kostbar og tidsforbrukende viklingsutstyr ved sammensetningsstedet. Forhåndsproduserte viklinger i de fleste effektområder kan gjøres tilgjengelige. I denne utførelsesformen av oppfinnelsen må en variabel induktans (ikke vist) kobles i serie med primærviklingen for å unngå at en økning i magnetiseirngsstrøm fører til en kortslutning av spenningskilden for primærviklingen.

Fig. 12 og 13 illustrerer prinsippet ved en andre utførelsesform av en transformator i samsvar med oppfinnelsen. Transformatoren 61 omfatter (se fig. 12) en primærvikling 52, en sekundærvikling 53, én eller to styringsviklinger (ikke vist) og to kjerner: en hovedkjerne 2 for fluks som er felles for primærviklingen og sekundærviklingen (henholdsvis 52, 53) og en bypasskjerne 52 for fluks som ikke er felles for begge viklingene (heretter kalt lekkfluks). Den følgende nomenklaturen er anvendt:.

Ici styringsstrøm for hovedkjerne 2

Ic2 styringsstrøm for bypasskjerne 62

Vp primærspenning

Vs sekundærspenning

Transformatoren 61 er forsynt med en primærspenning på terminalen Vp som genererer en fluks. I dette eksemplet er transformatoren 61 koblet til en variabel lastimpedans 63 på terminalen Vs, og en magnetisk fluksbane er også vist. I transformatoren 61 tilveiebringer første kjerne og bypasskjerne 62 første og andre fluksbaner. Kjernen 2 tilveiebringer en felles fluksbane for primærviklingen 52 og sekundærviklingen 53, og kjernen 62 tilveiebringer en bypassfluksbane for lekkfluks. Lekkfluks i denne sammenhengen er fluks som ikke er forbundet ved begge viklingene men som er omfattet i den magnetiske banen.

Minst én av fluksbanene har styrbar relativ permeabilitet, dvs. en styringsvikling (ikke vist) innrettet for å tilveiebringe permeabilitetsstyring i én av kjernene eller i begge kjernene. Ønskede karakteristikker hos transformatoren 61 kan, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, oppnås ved bruk av ulike bygningsblokker som er satt sammen av forhåndsproduserte deler.

Den induserte spenningen i sekundærviklingen 53 er avhengig av fluksen som forbinder den viklingen. Når en primærvikling 52 deler den samme kjernen 2 som en sekundærvikling 53 vil nesten all fluks forbinde begge viklingene. For å styre det effektive omsetningsforholdet bør man styre fluksen som forbindes mellom primær-og sekundærviklingen hos transformatoren.

For å styre fluksforbindelsen eller gjensidig induktans mellom de to viklingene, er det gjort en ny bypassfluksbane tilveiebrakt av kjernen 62 og som kun forbinder én av viklingene. Ved styring av reluktansen av en bypassfluksbane (styringsvikling 4) styres fluksforbindelsen.

Fig. 13 viser en ekvivalent krets for en styrbar enkeltfaset transformator i samsvar med oppfinnelsen. Lekkfluksen som nevnt ovenfor er representert i transformatorens ekvivalente diagram som en serieinduktans LI, denne induktansen tilsvarer lekkinduktansen i ordinære transformatorer. Dersom både hovedkjernen 2 og bypasskjernen 62 er reluktansstyrt, (dvs. ved hjelp av et styringsfelt som er hovedsakelig vinkelrett på retningen til hovedkjernens felt) økes fleksibiliteten for styringen. Dette skyldes det faktum at når det er to uavhengige fluksbaner er også induktansene som er involvert uavhengig av hverandre. Ved også å styre hovedkjernen 2, styres magnetiseringsstrømmen. Dette er representert i ekvivalentkretsen ved en variabel magnetiseringsimpedans Lm. Ved å ha både den felles kjernen 2 og bypasskjernen 62 styrbar kan en justere utgangsspenningen Vs ved endring av induktansene LI og Lm.

Transformatorens 61 omsetningsforhold kan på denne måten styres ved hjelp av styringsstrømmene som forårsaker endringer i kjernens permeabilitet. Videre avhenger variasjonsområdet til omsetningsforholdet av den relative størrelsen til bypasskjernen 62 og hovedkjernen 2. Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelsen kan bypasskjernen dimensjoneres ved å ta i betraktning mengden spenningsregulering, siden størrelsen til kjernen i en transformator i samsvar med oppfinnelsen enkelt kan endres ved å tilføye plateelementer eller ved å erstatte eksisterende plateelementer med nye elementer med en annen størrelse, så lenge som begrensninger i flukstettheten (og flukslekkasjen) respekteres. Flukstetthet i kjernene må for enhver kombinasjon av styringsstrøm og last, ikke overstige bestemte grenser (f.eks. 1,5T). Begrensningene er satt for å unngå metning.

Samtidig må flukslekkasjen i luften ved full last holdes ved et minimum. Størrelsen på bypassfluksbanen er avhengig av hvor mye fluks en behøver for oppdeling. Dersom spenningen skal styres fra 0-100 % må en ha en ekstra kjerne av samme størrelse som den originale transformatorkjernen. Dersom kun en brøkdel av spenningen skal styres behøver en kun en brøkdel av den originale transformatoren.

Fig. 14 og 15 viser enkelte trinn i produksjonen av en transformator 61 i samsvar med utførelsesformen av oppfinnelsen som er diskutert ovenfor. Denne anordningen omfatter en induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen med en første kjerne 2, hvor kun plateelementene 5,6, 7, 8 er vist i fig. 14 og en andre kjerne 62

omfattende to indre plateelementer 71, 72 og to ytre plateelementer 73, 74, hvor plateelementene 71, 72, 73, 74 er arrangert i det vesentlige parallelt i forhold til hverandre og parallelt i forhold til plateelementene 5, 6, 7, 8 og magnetiske koblingselementer (ikke vist) for magnetisk kobling av sidene til et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement. Som nevnt ovenfor kan forhåndsproduserte primær-, sekundær- og styringsviklinger enkelt arrangeres på denne kjernen.

Fig. 15 viser transformatoren 61 med primær-, sekundær- og styringsvikling til stede. Som det kan ses er en primærvikling 52 plassert rundt et andre par av plateelementer 6, 8 dannet av et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement, i den første kjernen 2 er et par plateelementer 71, 73 dannet ved et indre plateelement og et ytre plateelement i den andre kjernen 62, og indre og ytre åkelementer 81, 82 for magnetisk kobling av endene hos de indre plateelementene til hverandre og av endene av de ytre plateelementene til hverandre. Hovedkjernen 62 og bypasskjernen 2 i transformatoren 61 er av samme størrelse. I en annen applikasjon kan kjernene være av ulike størrelser som nevnt ovenfor, avhengig av mengden spenningsstyring som behøves.

Den mekaniske løsningen eller kjernetopologien vil føre til materialbesparelse uten å kompromittere transformatorens effektivitet.

Fig. 16 viser en styrbar induktiv anordning 91 i samsvar med oppfinnelsen for bruk sammen med transformatoren. Denne anordningen 91 omfatter et induktivt element i samsvar med oppfinnelsen, og er karakterisert ved at hovedviklingen 3 er tilpasset for å motta en del av transformatorens kjerne. Figuren viser én av tre identiske ben 92 hos en trefaset transformator, hvor en induktiv anordning i samsvar med oppfinnelsen (med plateelementer, åkelementer, magnetiske koblingselementer, hovedvikling 3 og styringsvikling 4) er tilført for å oppnå spenningsstyring (nedtrinnsfunksjon) for utgangen hos transformatoren. Hovedviklingen 3 som er vist er enten én av tre primærviklinger eller én av tre sekundærviklinger.

Det er klart at en fagperson på området vil være i stand til å utlede andre virkningsfulle konstruksjoner fra forhåndsproduserte deler avhengig av ønskede rel evante transformatorkarakteristikker.

Claims (11)

1. Styrbar induktiv anordning, omfattende en første kjerne (2), en hovedvikling (3) og en styringsvikling (4), hvor hovedviklingen (3) og styringsviklingen (4) er tilpasset til å tilveiebringe ikke-parallelle magnetiske felter, karakterisert ved at den første kjernen (2) omfatter: a) to indre plateelementer (5,6) og to ytre plateelementer (7, 8), hvor plateelementene (5, 6, 7, 8) er arrangert i det vesentlige parallelt i forhold til hverandre, b) indre og ytre åkelementer (henholdsvis 9 og 10) for magnetisk kobling av endene hos de indre plateelementene (14, IS) til hverandre og av endene hos de ytre plateelementer (16, 17) til hverandre, c) magnetiske koblingselementer (11) for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement til hverandre (henholdsvis 12, 13 og 18, 19), og hvor hovedviklingen (3) er tilpasset for plassering omkring et første par av plateelementer dannet av et første indre element (5 eller 6) og et første nærliggende ytre element (henholdsvis 7 eller 8).

2. Induktiv anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den omfatter to magnetiske koblingselementer for magnetisk kobling av sidene hos et indre plateelement til sidene hos et nærliggende ytre plateelement.

3. Induktiv anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den omfatter fire magnetiske koblingselementer (11) for magnetisk kobling av sidene hos de indre plateelementene til sidene hos de tilsvarende nærliggende ytre plateelementene.

4. Induktiv anordning i samsvar med et av kravene ovenfor, karakterisert ved at de magnetiske koblingselementene (11) omfatter delkoblingselementer (24) anbragt mellom folier av isolasjonsmateriale.

5. Induktiv anordning i samsvar med et av kravene ovenfor, karakterisert ved at styringsviklingen (4) forløper mellom hvert indre og nærliggende ytre plateelement (henholdsvis 5, 7 og 6, 8) og mellom indre og ytre åkelementer (9, 10).

6. Induktiv anordning i samsvar med et av krav 1-4 ovenfor, karakterisert ved at styringsviklingen (4) er viklet rundt de magnetiske koblingselementene (11).

7. Induktiv anordning i samsvar med et av kravene ovenfor, karakterisert ved at tverrsnittet til de magnetiske koblingselementene (11) er generelt U-formet.

8. Trahsformatoranordning (51), karakterisert ved at den omfatter en induktiv anordning i samsvar med et av kravene ovenfor, hvor hovedviklingen tilveiebringer transformatorens primærvikling (52), og en sekundærvikling (53) tilpasset for plassering om et andre par plateelementer dannet av et andre indre element (6 eller 5) og et andre nærliggende ytre element (henholdsvis 8 eller 7).

9. Transformatoranordning (61), karakterisert ved at det omfatter: - en induktiv anordning i samsvar med et av kravene 1-7 med en første kjerne (2) og hvor hovedviklingen tilveiebringer transformatorens sekundærvikling (53), - en andre kjerne (62) omfattende to indre plateelementer (71, 72) og to ytre plateelementer (73, 74) hvor plateelementene (71, 72, 73, 74) er arrangert i det vesentlige parallelt til hverandre og parallelt til plateelementene i den induktive anordningen (5, 6, 7, 8), indre og ytre åkelementer (81, 82) for magnetisk kobling av endene hos de indre plateelementene til hverandre og endene av de ytre plateelementene til hverandre, og en primærvikling (52) tilpasset for plassering om et andre par plateelementer dannet av et indre plateelement og et nærliggende ytre plateelement i den første induktive anordningen (6, 8) og et par plateelementer dannet av et indre plateelement og et ytre plateelement i den andre kjernen (72, 74).

10. Transformatoranordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at den andre kjernen (62) omfatter en magnetisk koblingsanordning for magnetisk kobling av sider hos et indre plateelement og nærliggende ytre plateelement, og en styringsvikling tilpasset til å tilveiebringe et magnetisk felt som er ikke-parallelt i forhold til det magnetiske feltet til hovedviklingen.

11. Styrbar induktiv anordning (81) for bruk med transformatorer, karakterisert ved at den omfatter et induktivt element i samsvar med et av kravene 1-6, hvor hovedviklingen (3) er tilpasset for å motta en del av transformatorens kj erne (92).