TW202320465A - 改良的低電磁干擾變壓器 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種變壓器（100e1），其包括：i）一可磁化芯（110），其具有各別一次線圈及二次線圈；ii）一接地端子（PE），其用於電連接至一電力柵格（900）之一外部接地端子（999）；以及iii）一實體電接地節點（175），其置放於該隔離變壓器（100e1）內之一位置處，其中該實體電接地節點（175）電連接至該接地端子（PE、199）。該變壓器（100e1）進一步包括：iv）至少兩個導電迴路（CL1…CL6），其置放於該變壓器（100e1）中之不同位置處，可在操作使用期間在該等不同位置建立一磁場；以及v）一開關電路（801），其經組態以用於根據一特定序列及模式將該等導電迴路（CL1…CL6）之子集（SS）與該實體電接地節點（175）依序、暫時且選擇性地電耦接。本發明提供一種隔離變壓器，其不太易受電磁干擾影響而無需對標準之任何適應。此外，該變壓器並不需要任何現場調整或校準。

Description

改良的低電磁干擾變壓器

本發明係關於一種變壓器，其包括：可磁化芯；至少一個一次線圈及至少一個二次線圈，其圍繞可磁化芯設置；接地端子，其用於電連接至電力柵格之外部接地端子；以及實體電接地節點，其置放於變壓器內之位置處，其中實體電接地節點電連接至接地端子。本發明進一步係關於一種包括此類變壓器之電力系統。本發明亦係關於一種用於改良電氣或電子裝置之效能的方法。

隔離變壓器阻止信號中之DC分量自一個電路傳輸至另一電路，但允許信號中之AC分量穿過。在一次繞組與二次繞組之間具有1比1之比的變壓器通常用於保護二次電路及個體免受通電導體與大地之間的電擊。適當設計的隔離變壓器阻止由接地迴路引起之干擾。具有靜電屏蔽之隔離變壓器用於敏感設備之電源供應器，該敏感設備諸如電腦、醫療裝置或實驗室儀器。

法拉第籠（Faraday cage）通常用於阻擋電場。外部電場導致導電材料（籠包括該導電材料）內之電荷分佈，使得其抵消籠內部之場效應。此現象用於保護籠內之敏感電子設備免受外部射頻干擾（radio frequency interference；RFI）影響。法拉第籠亦用於圍封自身產生RFI之裝置，諸如無線電傳輸器。法拉第籠接著防止無線電波干擾各別籠外部之其他鄰近設備。在變化電磁場之情況下，變化愈快（亦即，頻率愈高），材料抵抗磁場穿透之能力愈佳。在此情況下，屏蔽亦取決於籠中所使用之導電材料的導電率、磁性屬性以及其厚度。

上述已知的隔離變壓器之問題在於，當根據用於連接隔離變壓器之國際標準使用時其仍遭受大量電磁干擾（electric magnetic interference；EMI）。雜訊位準可甚至比規定的最大可允許位準高一個數量級。因此，明顯需要進一步改良隔離變壓器。最相關之國際標準為「2011 NEC」，其係指UL、CSA及NEMA標準（NEMA ST-20）。

本發明人早先在WO 2019/013642中提出一種低EMI變壓器，其包括：i）法拉第籠，其包括磁芯以及至少一個一次線圈及至少一個二次線圈；ii）輸入端子，其經由輸入導線連接至至少一個一次線圈；iii）輸出端子，其經由輸出導線連接至至少一個二次線圈；iv）以及用於連接至法拉第籠之輸入接地端子及連接至法拉第籠之輸出接地端子，其用於進一步連接至待連接至隔離變壓器之另一電路。WO 2019/013642中之隔離變壓器進一步包括：v）清潔接地輸入端子，其用於接收外部清潔接地；vi）清潔接地輸出端子，其用於連接至另一電路之另一清潔接地輸入端子；以及vii）實體電節點，其置放於法拉第籠內之一位置處，在該位置中磁通量及電場最低，較佳地接近於零。清潔接地輸入端子電饋入至隔離變壓器中且經由第一電連接件連接至實體電節點。此外，實體電節點經由第二電連接件進一步電連接至清潔接地輸出端子。

WO 2019/013642中之變壓器之一個重要特徵為變壓器具備用於接收清潔接地之個別（額外）輸入端子及用於將清潔接地供應至另一電路之個別（額外）輸出端子，而在較早的先前技術解決方案中，所有接地彼此連接，亦即，不存在個別低EMI接地。（正常）輸入接地端子連接至法拉第籠，該法拉第籠可進一步連接至其他電路系統之其他法拉第籠，此因此亦為較早的先前技術解決方案之情況。清潔接地輸入端子饋入至實體電節點，自該實體電節點，清潔接地輸入端子進一步朝著清潔接地輸出端子饋入。發明人發現，此實體電節點之置放極重要，亦即，其必須置放於最小磁通量及最低電場之處。此外，實體電節點之理想定位亦取決於變壓器之負載，此係因為負載判定內部產生之電場及磁場。此外，清潔接地輸出端子在操作使用中饋入至另一電路之另一清潔接地輸入。第一電連接件及第二電連接件較佳地置放以使得在此等連接中例如藉由使用屏蔽導線及藉由使導線平行於其他信號攜載導體延行而最小化EMI產生。此外，不僅在低頻率下，且亦在高頻率下，第一電連接件及第二電連接件必須具有低阻抗。藉由採用此等技術量測，WO 2019/013642中之變壓器提供一種變壓器，其中在另一電路中產生之EMI將經由低阻抗清潔接地連接而非經由高阻抗接地連接而回饋至變壓器，此在另一電路之供電電壓中且亦在連接至另一電路之電路系統及組件中產生大量雜訊。上述特徵之組合之結果為與自較早的先前技術已知的隔離變壓器相比更不易受EMI影響之隔離變壓器。

然而，WO 2019/013642中之變壓器的可能缺點為其需要適應用於連接隔離變壓器之國際標準。此可能會形成一個門檻，或至少會延遲此極佳產品的商業化。

此外，WO 2019/013642中之變壓器的另一缺點為其需要一定量的現場校準及應用相關調整，且需要大量關於電磁之知識。

因此，需要進一步研發低EMI變壓器以便解決此等問題。

本發明之目的為補救或減少先前技術之至少一個缺點，或至少提供先前技術之有用替代方案。

該目的藉由以下描述及所附申請專利範圍中指定之特徵來達成。

本發明由獨立專利技術方案界定。附屬技術方案界定本發明之有利具體實例。

在第一態樣中，本發明係關於一種變壓器，其包括： -    一可磁化芯； -    至少一個一次線圈及至少一個二次線圈，其圍繞該可磁化芯設置； -    一接地端子，其用於電連接至一電力柵格之一外部接地端子；以及 -    一實體電接地節點，其置放於該變壓器內之一位置處，其中該實體電接地節點電連接至該接地端子。

該變壓器進一步包括： -    至少兩個導電迴路，其置放於該變壓器中之不同位置處，可在操作使用期間在該等不同位置建立一磁場，以及 -    一開關電路，其用於根據一特定序列及模式將該等導電迴路之子集與該實體電接地節點依序、暫時且選擇性地電耦接。

根據本發明之變壓器之效應如下。

然而，本發明之一個重要特徵為必須注意，本發明並不需要適應用於將變壓器電連接至電力柵格及負載之國際標準。在外部，變壓器具有習知輸入及輸出端子，以及接地端子。但在內部，變壓器具有如下闡述之一些特殊特徵。

第一特徵係關於設置至少兩個導電迴路，其置放於變壓器中之不同位置處，可在操作使用期間在該等不同位置建立磁場。存在適合於如各種具體實例將展示之此類置放的不同位置，但重要的為導電迴路有意地置放於預期磁場建立之處，亦即實際上預期建立EMI之處。此與有意地將實體電節點置放於判定或預期此場為最低之處的WO 2019/013642中之實體電節點之置放相反。

第二特徵係關於提供一種開關電路，其經組態以用於根據預定義序列及模式將該等導電迴路之子集與實體電接地節點依序、暫時且選擇性地電耦接。在最基本形式中，存在兩個導電迴路，此意味著該等迴路交替地與實體電接地節點電連接。本發明人得到以下理解。藉由將該等導電迴路之子集與實體電接地節點依序、暫時且選擇性地電耦接，EMI藉由迴路有效地「捕獲」且隨後在各別迴路隨後與實體電接地節點耦接時經引導遠離實體電接地節點。以此方式，防止建立EMI，且改良電效能。換言之，變壓器並未獲得建立大量磁場的機會，此係因為此場係藉由導電迴路捕獲，且任何感應電流（EMI）經引導遠離實體電接地節點。本發明人發現，此導致自EMI平均化，且亦導致較少熱量，且藉此導致變壓器之較高功率因數。迄今為止，已達成高至約0.9之功率因數，而在無本發明之情況下，此等功率因數降至約0.4。似乎有可能達成低於8%之總諧波失真（Total Harmonic Distortion；THD），其為最近在國際標準IEC61000中發佈之隔離變壓器的要求。

本發明之另一巨大優點為實體電節點之置放不再如此關鍵，亦即，其可置放於存在磁通量及電場之位元的位置處。

除具有大得多的功率因數以外，根據本發明之變壓器亦具有其不再需要現場校準或調整的巨大優點。無論負載如何，即使負載沒有恰當地平衡，變壓器仍會有效地進行自我校準。此外，變壓器不包括用於調整或校準之任何移動部件。此等為藉由使用導電迴路捕獲EMI且將其引導遠離實體電節點而獲得的本發明之深遠優點。本發明並非如在WO 2019/013642中藉由操控實體電接地節點之定位來最小化EMI，而係包容所建立之EMI且僅將其引導遠離此節點，使得其平均/淡化。此為相當具有革命性的想法。

為了達成所要效應，不必保持迴路連續地與實體電接地節點連接。當無一個迴路與實體電接地節點連接時，可存在若干且實際上大的時間間隔。各別序列及模式之許多變化為可能的。本發明人已進行許多實驗以找到最佳工作具體實例。

為了便於理解本發明，下文中進一步定義在整個本說明書中使用的一或多個表述。

每當使用「線圈」一詞時，此應解釋為經形成以使得形成電感之導體之繞組（至少一個）。

每當使用「導電迴路」一詞時，此應解釋為經形成以使得形成電感之導體之繞組（至少一個）。

每當使用「法拉第籠」一詞時，此應解釋將用於阻止電磁場之殼體。法拉第屏蔽可藉由連續覆蓋導電材料或在法拉第籠之情況下藉由此類材料之網格而形成。法拉第籠以1836年發明法拉第籠之英國科學家麥克爾·法拉第（Michael Faraday）的名字命名。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，至少兩個導電迴路包括至少三個導電迴路。置放愈多迴路，可獲得愈佳的EMI平均，且亦可在迴路之間進行愈多切換，使得進一步減小EMI建立。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，至少兩個導電迴路包括至少六個導電迴路。置放愈多迴路，可獲得愈佳的EMI平均，且亦可在迴路之間進行愈多切換，使得進一步減小EMI建立。此具體實例更詳細地論述於詳細描述中。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，至少兩個導電迴路置放於線圈之間的空間中。儘管在WO 2019/013642中，重要的為將實體電接地節點置放於無磁場或電場存在或存在極少磁場或電場的位置中，但就導電迴路之置放而言，此實際上在本發明中並非問題。已發現，各別線圈之間的空間可方便地用於置放導電迴路。針對緊密性，此等空間習知地在變壓器中最小化，但此等空間對於本發明而言極其有用。在變壓器為具有三個支腳及其間之芯中之各別開口的三相變壓器（各支腳具有各別一次及二次線圈）之情況下，可方便地使用此等開口內之線圈之間的空間。參考圖式進一步闡述此情形。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，至少兩個導電迴路整合於一板或多個板中，該等板與對磁場可透且電絕緣之材料層壓。由於迴路以及線圈為導電的，因此在與對磁場可透且電絕緣之材料層壓的各別板或多個板中，實施此等迴路為有利的。可選擇之材料之實例為碳、Teflon™、橡膠、塑膠、玻璃纖維及類似者。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，該等導電迴路之子集構成導電迴路之對。舉例而言，在存在六個導電迴路的情況下，吾人可將第一迴路與第四迴路配對，將第二迴路與第五迴路配對，且將第三迴路與第六迴路配對。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，特定序列及模式覆蓋基本上所有導電迴路。即使使用所有迴路並非必需的，但其仍提供最佳平均效應果且提供資源之最高效使用。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，特定序列及模式構成導電迴路之子集之預定義選擇次序。可基於變壓器中之各別迴路之位置選擇預定義次序，亦即，選擇產生最佳平均之次序。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，特定序列及模式構成導電迴路之子集之隨機選擇次序。此在某些應用中可構成便利解決方案。

在根據本發明之變壓器之具體實例中，可磁化芯浮動且與變壓器之所有外部可接入部分電隔離。本發明人發現，在可磁化芯浮動且保持與變壓器之所有外部可接入部分電隔離時，變壓器之效能顯著改良。實驗展示在可磁化芯與接地端子斷開連接且保持電浮動時，變壓器之效能極大地改良。此情形之可能解釋為：接地網路之阻抗在芯浮動時得以較佳地定義。

根據本發明之變壓器之具體實例包括三組線圈，各組包括至少一個一次線圈及至少一個二次線圈以用於形成三相變壓器。具體實例之此群組可在場中具有最大適用性。然而，本發明不限於三相變壓器。

在根據本發明之隔離變壓器之具體實例中，可磁化芯包括至少三個支腳，各對一次線圈及二次線圈至少一個支腳。

根據本發明之隔離變壓器之具體實例進一步包括法拉第籠，其中置放可磁化芯、各別線圈及至少兩個導電迴路，其中法拉第籠與實體電接地節點電連接。

在第二態樣中，本發明係關於一種電力系統，其包括： -    端子，其用於與一電力柵格耦接； -    一專用接地，其用於形成一外部接地端子； -    一電源供應網路，其包括所有必要電纜、電接點及插塞；以及 -    如前述技術方案中任一項之變壓器，其中變壓器之輸入端子與電源供應網路電連接，且其中變壓器之接地端子電連接至專用接地。

本發明人意識到，在專用接地用於與變壓器之接地端子電連接（而非使用電力柵格之預設接地）時，本發明之技術效應進一步改良。以此方式，獲得變壓器開始於清潔接地，從而避免電力柵格端子上之任何EMI或其他雜訊饋入至變壓器中。

在第三態樣中，本發明係關於一種用於改良電氣裝置或電子裝置之效能的方法，該方法包括以下步驟： -    將至少兩個導電迴路置放於裝置中之不同位置處，可在裝置之操作使用期間在該等不同位置建立磁場，以及 -    根據特定序列及模式將導電迴路之子集依序、暫時且選擇性地電耦接至實體電接地節點。

本發明具有比（隔離）變壓器寬得多的適用性。EMI為幾乎任何電氣裝置或設備中都可能發生的普遍問題。根據技術方案15之方法用以涵蓋所有此等應用。不言而喻，與導電迴路之數目、其置放以及其根據特定序列及模式與實體電接地節點之依序、暫時且選擇性電連接有關的變壓器之所有具體實例具有本發明之方法之等效具體實例。

在下文描述本發明主題之各種例示性具體實例。為了清楚起見，本說明書中未描述實際實施方式之所有特徵。當然，應瞭解，在任何此類實際具體實例之開發中，可制定眾多實施方式特定決策以實現開發者之特定目標，諸如遵照系統相關及商業相關的約束，該等約束在各個實施方式之間將不同。此外，應瞭解，此類開發上的努力可為複雜且耗時的。儘管如此，對於受益於本發明的一般熟習此項技術者而言將為常規任務。

現將參考附圖描述本發明主題。各種系統、結構及裝置僅出於解釋的目的而示意性地描繪於圖式中，且因此不藉由熟習此項技術者所熟知之細節混淆本發明。儘管如此，包含附圖以描述且解釋本發明之說明性實例。本文中所使用之字詞及片語應理解且解釋為具有與熟習相關技術者對彼等字詞及片語之理解一致的含義。術語或片語之具體定義，亦即，不同於如由熟習此項技術者所理解之普通及慣用含義的定義，不意欲藉由在本文中一致使用術語或片語來暗示。在術語或片語意欲具有特殊含義（亦即與熟習此項技術者所理解的含義不同的含義）的範圍內，此特殊定義將在說明書中以直接且明確地提供術語或片語的特殊定義的定義方式明確地闡述。

在變壓器之需求較高時，通常使用隔離變壓器。隔離變壓器阻止信號中之DC分量自一個電路傳輸至另一電路，但允許信號中之AC分量穿過。在一次繞組與二次繞組之間具有1比1之比的變壓器通常用於保護二次電路及個體免受通電導體與大地之間的電擊。解決由EMI引起之雜訊的一種已知方法為建構昂貴且複雜的濾波器以主動抑制雜訊。

在WO 2019/013642中意識到，該問題實際上藉由建構及使用隔離變壓器而惡化。意識到問題通常由於所有接地端子簡單地連接在一起而引起，而無人意識到此類連接惡化系統中感應之接地迴路的量。換言之，建構及使用隔離變壓器之傳統方式中之接地幾乎沒有效果，亦即，產生的問題多於解決的問題。

WO 2019/013642中之第一改良係關於隔離變壓器之設計。作為第一步驟，本發明之隔離變壓器具備在磁通量及電場基本上為零之定位處設置在法拉第籠內部的個別電接地節點。此個別接地節點之主要想法為保持其儘可能地清潔，但亦保持此個別接地節點之阻抗儘可能地低。在其將置放於存在顯著磁性及/或電場之位置處的情況下，個別電接地節點將再次捕獲非所需信號（充當天線）。

圖1至圖4說明先前技術之不同類型之變壓器，說明如先前在先前技術中所呈現可實施無場區之處。

圖1中之變壓器為具有O形芯110a之1相（其通常稱為1相，但實際上為兩個相）變壓器100a。O形芯110a用於將磁通量Φ自一次線圈120導引至二次線圈130且反之亦然，如所說明。一次線圈120及二次線圈130各自圍繞O形芯110a之各別支腳設置。兩個輸入相之間的電位差稱為輸入電壓Va，且兩個輸出相之間的電位差稱為輸出電壓Vb。

圖2展示具有所謂的三肢芯110b之另一1相變壓器100b。一次線圈120及二次線圈130兩者圍繞芯110b之中間肢設置，如所說明。

圖3展示所謂的3相變壓器100c。在此類型之變壓器中，各相具有各別一次線圈120-1、120-2、120-3及各別二次線圈130-1、130-2、130-3，如所說明。如此項技術中通常已知，此類線圈可以星形形式或以三角形形式連接。圖亦說明可磁化芯110c如何具有五個肢（或支腳），其中三個已具備各別線圈120-1…120-3、130-1、130-3。

圖1至圖3中，如WO 2019/013642中所提出，說明可能的無場區（或低場區）NFZ。在實例中之各者中，無場區（或低場區）NFZ形成在該兩個靜電屏蔽件140-1、140-2（意謂基本上無電場）之間及各別磁芯110a、110b、110c外部（意謂基本上無磁場）。

圖4說明變壓器100d之不同具體實例。替代在該等線圈之間設置其他電接地節點，其目前在隔離變壓器100d之法拉第籠150內部製造的另一法拉第籠170中實施。法拉第籠150包括各別一次線圈120及二次線圈130，其中一次線圈120具備輸入電壓Va且二次線圈130具備輸出電壓Vb，如所說明。藉由實施此另一法拉第籠170，可建立所謂的無場區NFZ（或低場區），即使變壓器自身產生特定電場及磁場。替代製造完全圍封的法拉第籠，僅在法拉第籠150內部實施法拉第屏蔽件171可為足夠的，因此有效地定義另一法拉第籠170。在無場區NFZ內部，可實施較早提及的另一電接地節點。

本說明書中所呈現之關於改良的低EMI變壓器的本發明可使用任何類型的變壓器設計或芯設計（包含圖1至圖4中所說明之彼等）來應用。

圖5展示先前技術之尚存在一定缺點之低EMI變壓器100e。變壓器100e為具有三個輸入端子Ti1、Ti2、Ti3之三相隔離變壓器（三個相習知地稱為L1、L2及L3），該三個輸入端子經由第一隔離接線盒180經由各別輸入導線i1、i2、i3饋入至各別一次線圈120-1、120-2、120-3，在此具體實例中該等各別一次線圈以星形網路連接。二次線圈130-1、130-2、130-3經由第二隔離接線盒181經由各別輸出導線o1、o2、o3連接至各別輸出端子To1、To2、To3。在此具體實例中，二次線圈130-1、130-2、130-3亦以星形網路連接。然而，必須注意，亦可在變壓器之輸入側上、輸出側上或兩側上使用其他類型之網路，諸如三角形網路。此皆取決於變壓器耦接至的電氣柵格之類型及需要由變壓器產生的電氣柵格之類型。

此外，存在如所說明之較早提及的法拉第籠150，其連接至輸入接地端子GT1（且因此連接至接地PE）。法拉第籠150亦連接至靜電屏蔽件140-1、140-2，且進一步連接至待連接至其他電路的接地輸出端子GT2。迄今為止，圖7中之所有所提及部件對於隔離變壓器為習知的。

圖5之隔離變壓器100e的特殊之處在於提供一種實體電節點175，其在由法拉第屏蔽件171定義之法拉第籠150內的另一法拉第籠170（定義較早論述的無場（或低場）區NFZ）內部，如所說明。實體電節點175經由第一電連接件185（例如，雙隔離電纜，其通常用於家庭電氣系統中之漏電斷路器之前）連接至清潔接地輸入端子179。實體電節點175經由第二電連接件195進一步連接至清潔接地輸出端子199。在此具體實例中，第二電連接件195構成包括兩個纏結之導線196的雙絞屏蔽電纜，如所說明。該等導線196中之各者連接至實體電節點175且饋入至清潔接地輸出端子199，如所說明。在圖5中，第二電連接件195繪製為平行於靜電屏蔽件140-1、140-2且在該等靜電屏蔽件之間延行，但其並非必須的。實際上，第二電連接件195可替代地例如平行於該等輸出導線o1、o2、03自隔離變壓器100e饋出。

圖5進一步說明感測器及控制器電路190（CPU），其經組態以用於量測由箭頭所說明之該等輸入及輸出上之雜訊，且最終控制該實體電節點175之定位以最小化由此節點經歷之電場及磁場，以減小/最小化雜訊。在圖5之具體實例中，可如該等箭頭所說明控制該實體電節點175之定位。

在恰當地研究圖5之變壓器100e時，可容易地觀察到，此變壓器並非習知變壓器，此係因為在外部上其具有兩種不同類型之接地端子，亦即用於與習知地面電位PE連接之習知接地端子GT1、GT2，及用以與個別地面電位連接之特殊清潔接地端子179、199，其在WO 2019/013642中亦稱為ISPE。換言之，此低EMI變壓器並不遵循用於連接隔離變壓器之標準，且在同一文件中恰當地闡述時需要新標準。此本身並非問題，但可能阻止變壓器之快速商業化。此導致了對另一改良的低EMI變壓器的確定需求，如將參考圖6至圖13所闡述的那樣。

圖6展示根據本發明之改良的低EMI變壓器100e1之第一具體實例。此圖僅展示變壓器之一些部分且以示意性方式展示。各別一次線圈120-1…120-3及二次線圈130-1…130-3各自形成星形網路。在一次相及二次相之線圈之間，設置第一板800-1。類似地，在二次相及第三相之線圈之間，設置第二板800-2。此等板800-1、800-2執行所謂的EMI捕獲器之作用，如在下文中將闡述。該等板包括對磁場可透且同時電絕緣的材料。實例材料為碳、Teflon™、橡膠及類似者。兩個板包括各別導電迴路（圖6中不可見），其與開關電路801電連接，如所說明。開關電路801經組態以用於將導電迴路之子集依序、暫時且選擇性地電耦接至實體電接地節點175，如所展示。將參考其他圖式進一步闡述此所意謂之含義。實體電接地節點175又與接地輸出端子199電連接。在剩餘圖式中，實體電接地節點175及接地輸出端子199繪製為一個組件（為簡單起見），此係因為此兩個電氣節點攜載相同電位。

必須強調板800-1、800-2主要用於將迴路固持在適當位置。可存在任何數目的板，各板具有任何數目的迴路，但在當前描述中，用兩個板來闡述本發明之原理，各板包含三個迴路。此進一步闡述於圖7中。

圖7展示圖6之低EMI變壓器100e1之一些其他態樣。此圖說明較早提及的導電迴路CL1…CL6。在此具體實例中，第一板800-1包括三個迴路CL1、CL2、CL3，且第二板800-2亦包括三個迴路CL4、CL5、CL6。所有迴路本質上具有兩個端子，其皆如所說明饋入至開關電路801。

圖8展示圖6之低EMI變壓器100e1之又其他態樣。在此圖中，說明板800-1、800-2可如何置放於變壓器100e1之各別相之間。在此圖中未繪製可磁化芯以促進對此圖式之理解。必須注意到，可能已添加更多的板。舉例而言，在相位之所有側上，包含前側、後側以及圖式中之最左側及最右側。

圖9展示本發明之低EMI變壓器100e2之第二具體實例以及本發明之一些其他態樣。此具體實例與先前具體實例的不同之處在於變壓器100e2的一次側目前連接為三角形網路。包含挪威（Norway）在內的某些國家仍在許多地區提供230V三角形網路。當前具體實例方便地將此網路轉換為230V星形網路，從而有效地在二次側之相輸出I1、I2、I3之間供應400V電壓。在此具體實例中，並不連接二次側上之星點n。圖9進一步示意性說明可磁化芯110，其在此具體實例中保持浮動。

在變壓器100e2之操作使用中，實體電接地節點175與外部接地端子999連接，該外部接地端子999通常與接地連接（例如連接至通地桿或接地矛）。

圖10展示根據本發明之改良的低EMI變壓器100e3之第三具體實例。此具體實例與先前具體實例之不同之處在於變壓器100e3之二次側上的星形網路之星點n亦連接至實體電接地節點175。必須注意到，在極佳平衡的情況下，星點n不攜載任何信號，且連接至此星點n之任何電導體皆不會傳導任何電流。然而，在不平衡之情況下，此可發生。本發明提供對變壓器中之EMI的強減少，且藉此具有對負載之較佳平衡作為額外技術效應。由於此效應，本發明使得星點n能夠連接至實體電接地節點175。替代地，中性線可不連接，或其可藉由調節至接地PE之阻抗來控制，如由方框所說明。關於變壓器100e2之二次側上之中性端子n的此態樣適用於圖9至圖11中之所有所說明具體實例。

圖11說明本發明之低EMI變壓器100e3如何較佳地連接至電力柵格。在此圖中，將第三具體實例視為實例。相同原理同樣適用於其他具體實例。變壓器100e3耦接至電力柵格900，其供應三個相L1、L2、L3、中性線N及接地端子PE，如所說明。中性線N及接地端子PE較佳不用於變壓器100e3中。替代地，根據本發明之變壓器100e3藉由使用如所說明之專用通地999來有效地定義其自有清潔接地。此類通地可藉由局部實施通地桿或接地矛999而形成，且藉此定義新接地參考。有時，此等通地桿或接地矛999在相鄰建築物之間共用。本發明人意識到，為了實現本發明之最佳效應，應提供用於變壓器之專用通地999。以此方式，接地電位PE將保持最清潔（亦即，最小雜訊及EMI）。

圖12說明關於迴路之連接的與本發明相關的其他態樣。圖展示開關電路801，其形成本發明之極重要成分。如之前已提及，本發明需要至少兩個導電迴路，該至少兩個導電迴路在變壓器內置放於一位置處，可在操作使用期間在該等位置建立磁場。亦已提及，合適位置將為各別相（變壓器之支腳）之間的空間。圖12中說明之具體實例包括6個迴路，各迴路具有各別對迴路端子。圖12展示屬於第一導電迴路CL1（圖7）之第一對迴路端子T1a、T1b；屬於第二導電迴路CL2（圖7）之第二對迴路端子T2a、T2b；屬於第三導電迴路CL3（圖7）之第三對迴路端子T3a、T3b；屬於第四導電迴路CL4（圖7）之第四對迴路端子T4a、T4b；屬於第二導電迴路CL5（圖7）之第五對迴路端子T5a、T5b；以及屬於第二導電迴路CL6（圖7）之第六對迴路端子T6a、T6b。

本發明之開關電路801經組態以用於將迴路之子集SS依序電耦接至各別實體電接地節點175。此子集可僅包括一個迴路，但亦有可能將兩個或更多個迴路與實體電接地節點175同時耦接。將特定迴路與接地節點175耦接意謂其端子兩者連接至相同端子，因此電閉合迴路。以此方式，建立之任何EMI經由接地節點175有效地引導。

在圖12之具體實例中，選擇將兩個迴路同時與實體電接地節點175耦接（在圖12之狀態中，迴路3及6同時連接），且接著經由可用的迴路進行此選擇循環。然而，本發明人發現不必保持迴路與接地節點175連續耦接。在耦接迴路之時間段之間可能存在顯著暫停。對迴路之子集及將其連接至接地節點175之序列及模式的選擇可經實驗以便找到最佳解決方案，亦即變壓器之最佳效能。一種判定此效能之方式為判定功率因數，且另一方式為判定變壓器之溫度。較高功率因數指示較佳效能（較低損耗）。此外，較低操作溫度指示較低損耗。

必須注意到，對於如圖8中所展示之板800-1、800-2及迴路的實體組態，藉由實驗，本發明人發現以下序列以遞送極佳效能（高功率因數及最低溫度）： -    首先，第一迴路CL1及第四迴路CL4皆連接至接地節點175持續5秒。 -    接著，暫停20分鐘。 -    接著，第二迴路CL2及第五迴路CL5皆連接至接地節點175持續5秒。 -    接著，再暫停20分鐘。 -    接著，第三迴路CL3及第六迴路CL6皆連接至接地節點175持續5秒。 -    接著，再暫停20分鐘。 -    且接著序列從頭開始，其亦由圖12中之箭頭說明。

必須強調，存在多個製造如圖12中所展示之開關電路801的方法。本發明人將此電路製成時間控制繼電器，但此只為可能的實施方式中之一者。

亦必須強調本發明決不限於上述序列。毫無疑問，更多實驗可產生其他序列及模式（時間表）。此外，最佳序列及模式將亦很大程度上取決於變壓器之實體設計，且因此取決於多個設計參數。

本發明人建構根據本發明之變壓器之具體實例的原型，其如實施先前所論述之序列。由例如購自供應商Trafox之250 kVA IEC 60076-11變壓器而建構變壓器。變壓器為三相變壓器，其具有帶三個支腳之芯，其中各支腳具備各別一次線圈及二次線圈，其中該等線圈同心地置放（二次側在外部上）。各別外部線圈之間的最小距離為1.5 cm。線圈之高度（在可磁化芯之支腳之方向上量測）為約80 cm。在線圈之間，置放具有80 cm之高度尺寸、30 cm之深度及約1 cm之厚度的各別板。兩個板包括並排置放且遍及板之高度而分佈的三個導電迴路。外部迴路與板之頂部及底部末端之間的最小距離為11 cm。第一迴路與第二迴路之間的最小距離為約11 cm。第三迴路與第三迴路之間的最小距離為11 cm。各迴路之圍封面積為約60 cm ²。板包裹在碳中。導電迴路由銅線製成。必須強調，上文所揭示之原型僅為一個工作具體實例。在此產品之進一步開發期間，許多變化、最佳化及調整為可能的。

圖13展示亦與根據本發明之方法相關的本發明之更廣泛應用。本發明人意識到，利用導電迴路CL1…CL3捕獲EMI且將其引導遠離接地節點175之一般想法可更廣泛地應用。此圖用以說明改良電氣或電子裝置1之效能的更一般方法。EMI為一個問題，近年來其變得愈來愈深刻。EMI可自外部源產生，亦即，在各別裝置外部，且亦由裝置自身產生。換言之，可廣泛地應用（甚至在變壓器之技術領域之外）如技術方案15中所提及之方法步驟的適用性。本申請人有權防止本發明方法之任何此類應用。不言而喻，保護亦朝著其中建置有此類特徵之任何此類電氣或電子裝置擴展。

圖中所揭示及至此所論述之所有具體實例集中於迴路之時間導向選擇。作為替代具體實例，有可能實施電壓導向選擇，亦即，選擇實際上攜載最大感應電壓之一或多個迴路且將彼一或多個迴路連接至實體電接地節點以移除EMI。

作為另一具體實例，有可能實施溫度導向選擇，亦即，選擇具有最高溫度之一或多個迴路且將彼一或多個迴路連接至實體電接地節點以移除EMI。

上文所揭示的特定具體實例僅為說明性的，由於對於受益於本文中教示的熟習此項技術者而言顯而易見，可以不同但等效的方式修改及實踐本發明。舉例而言，可以不同次序執行上文所闡述之方法步驟。此外，除如下文申請專利範圍中所描述以外，並不意欲限制本文中展示的構造或設計的細節。因此顯而易見的，上文揭示之特定具體實例可經變化或修改，且全部此類變化被認為在本發明之範圍內。因此，本文尋求之保護係如以下申請專利範圍中所闡述。

應注意，上文所提及之具體實例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠設計許多替代具體實例，而不脫離所附申請專利範圍之範圍。在申請專利範圍中，置放於圓括號之間的任何參考標識不應被視為限制技術方案。動詞「包括」及其詞形變化之使用不排除存在除申請專利範圍中陳述之元件或步驟以外之元件或步驟。在元件之前的詞「一（a或an）」不排除存在複數個此類元件。在相互不同之附屬技術方案中敍述某些措施的純粹實情並不指示不能有利地使用此等措施之組合。在列舉若干構件之裝置技術方案中，此等構件中之若干者可由硬體之同一物件體現。

1:裝置 100a:變壓器 100b:變壓器 100c:變壓器 100d:變壓器 100e:變壓器 100e1:變壓器 100e2:變壓器 100e3:變壓器 110:可磁化芯 110a:芯 110b:芯 110c:可磁化芯 110l1~110l3:支腳 120:一次線圈 120-1:一次線圈 120-2:一次線圈 120-3:一次線圈 130:二次線圈 130-1:二次線圈 130-2:二次線圈 130-3:二次線圈 140-1:靜電屏蔽件 140-2:靜電屏蔽件 150:法拉第籠 170:法拉第籠 171:法拉第屏蔽件 175:實體電接地節點 179:接地輸入端子 180:隔離接線盒 181:隔離接線盒 185:電連接件 190:感測器及控制器電路 195:電連接件 196:導線 199:接地端子 800-1:板 800-2:板 801:開關電路 900:電力柵格 999:專用通地 1000:電力系統 CL1:導電迴路 CL2:導電迴路 CL3:導電迴路 CL4:導電迴路 CL5:導電迴路 CL6:導電迴路 GT1:輸入接地端子 GT2:接地輸出端子 i1:輸入導線 I1:相輸出 i2:輸入導線 I2:相輸出 i3:輸入導線 I3:相輸出 L1:端子 L2:端子 L3:端子 n:星點 N:中性線 NFZ:無場區 o1:輸出導線 o2:輸出導線 o3:輸出導線 PE:接地端子 SS:導電迴路之子集 T1a:迴路端子 T1b:迴路端子 T2a:迴路端子 T2b:迴路端子 T3a:迴路端子 T3b:迴路端子 T4a:迴路端子 T4b:迴路端子 T5a:迴路端子 T5b:迴路端子 T6a:迴路端子 T6b:迴路端子 Ti1:輸入端子 Ti2:輸入端子 Ti3:輸入端子 To1:輸出端子 To2:輸出端子 To3:輸出端子 Va:輸入電壓 Vb:輸出電壓 Φ:磁通量

下文描述附圖中說明之具體實例之實例，其中： [圖1]至[圖4]     說明先前技術之不同類型之變壓器，說明如先前在先前技術中所呈現可實施無場區之處； [圖5]    展示先前技術之尚存在一定缺點之低EMI變壓器； [圖6]    展示根據本發明之改良的低EMI變壓器之第一具體實例； [圖7]    展示圖6之低EMI變壓器之一些其他態樣； [圖8]    展示圖6之低EMI變壓器之又其他態樣； [圖9]    展示本發明之低EMI變壓器之第二具體實例以及本發明之一些其他態樣； [圖10]  展示根據本發明之改良的低EMI變壓器之第三具體實例； [圖11]  說明本發明之低EMI變壓器如何較佳地連接至電力柵格； [圖12]  說明關於迴路之連接的與本發明相關的其他態樣；且 [圖13]  展示亦與根據本發明之方法相關的本發明之更廣泛應用。

100e1:變壓器

120-1:一次線圈

120-2:一次線圈

120-3:一次線圈

130-1:二次線圈

130-2:二次線圈

130-3:二次線圈

175:實體電接地節點

199:接地端子

800-1:板

800-2:板

801:開關電路

Claims (15)

1. 一種變壓器（100e1），其包括： 一可磁化芯（110）； 至少一個一次線圈（120、120-1…120-3）及至少一個二次線圈（130、130-1…130-3），其圍繞該可磁化芯（110）設置； 一接地端子（PE），其用於電連接至一外部接地端子（999），以及 一實體電接地節點（175），其置放於該變壓器（100e1）內之一位置處，其中該實體電接地節點（175）電連接至該接地端子（PE、199）， 其中該變壓器（100e1）進一步包括： 至少兩個導電迴路（CL1…CL6），其置放於該變壓器（100e1）中之不同位置處，可在操作使用期間在該等不同位置建立一磁場，以及 一開關電路（801），其經組態以用於根據一特定序列及模式將該等導電迴路（CL1…CL6）之子集（SS）與該實體電接地節點（175）依序、暫時且選擇性地電耦接。
2. 如請求項1之變壓器（100e1），其中該至少兩個導電迴路（CL1…CL6）包括至少三個導電迴路。
3. 如請求項2之變壓器（100e1），其中該至少兩個導電迴路（CL1…CL6）包括至少六個導電迴路。
4. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該至少兩個導電迴路（CL1…CL6）置放於該等線圈（120、120-1…120-3、130、130-1…130-3）之間的空間中。
5. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該至少兩個導電迴路（CL1…CL6）整合於一板（800-1、800-2）或多個板（800-1、800-2）中，該等板與對磁場可透且電絕緣之一材料層壓。
6. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該等導電迴路（CL1…CL6）之該等子集（SS）構成導電迴路（CL1…CL6）對。
7. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該特定序列及模式覆蓋基本上所有導電迴路（CL1…CL6）。
8. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該特定序列及模式構成導電迴路（CL1…CL6）之子集（SS）之預定義選擇次序。
9. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該特定序列及模式構成導電迴路（CL1…CL6）之子集（SS）之一隨機選擇次序。
10. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），其中該可磁化芯（110）浮動且與該變壓器（100e1）之所有外部可接入部分電隔離。
11. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），該變壓器（100e1）包括三組線圈（120-1…120-3、130-1…130-3），各組包括至少一個一次線圈（120-1…120-3）及至少一個二次線圈（130-1…130-3）以用於形成一三相變壓器（100e1）。
12. 如請求項11之變壓器（100e1），其中該可磁化芯（110）包括至少三個支腳（110l1…110l3），其中至少一個支腳用於每一對一次線圈及二次線圈。
13. 如請求項1至3中任一項之變壓器（100e1），該變壓器（100e1）進一步包括一法拉第籠（150），該可磁化芯（110）、該等各別線圈（120-1…120-3、130-1…130-2）及該至少兩個導電迴路（CL1…CL6）置放於該法拉第籠（150）之中，其中該法拉第籠（150）與該實體電接地節點（175）電連接。
14. 一種電力系統（1000），其包括： 端子（L1、L2、L3），其用於與一電力柵格（900）耦接； 一專用通地（999），其用於形成一外部接地端子； 一電源供應網路，其包括所有必要電纜、電接點及插塞；以及 如請求項1至13中任一項之變壓器（100e1），其中該變壓器（100e1）之輸入端子與該電源供應網路電連接，且其中該變壓器（100e1）之該接地端子（PE）電連接至該專用通地（999）。
15. 一種用於改良一電氣或電子裝置（1）之效能的方法，該方法包括以下步驟： 將至少兩個導電迴路（CL1…CL3）置放於該電氣或電子裝置（1）中之不同位置處，可在該電氣或電子裝置（1）之操作使用期間在該等不同位置建立一磁場，以及 根據一特定序列及模式將該等導電迴路（CL1…CL3）之子集依序、暫時且選擇性地電耦接至一實體電接地節點（175）。

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