CH676763A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator zur Transformation der Spannung elektrischer Energien beliebiger Frequenzen und Kurvenformen.

Transformatoren dienen dazu, die elektrische Energie einer bestimmten Spannung in eine solche einer andern Spannung umzuwandeln. Sie finden daher auf dem gesamten Gebiet der Elektro-Technik und der Elektronik Anwendung. Die Tatsache, dass die elektrische Energie auf dem langen Weg von der Produktion bis zum Verbrauch meist dreimal, oft sogar noch häufiger, transformiert wird, zeigt auch die Wichtigkeit der Transformatoren für die Elektro-Energie-Versorgung. Von ihrer Betriebssicherheit und ihrem Wirkungsgrad wird die technische und wirtschaftliche Güte der Elektrizitätsversorgung massgeblich beeinflusst. Unter diesen Gegebenheiten wurde die Entwicklung des Transformatorenbaues aussergewöhnlich weit getrieben. Der Transformator ist eines der betriebssichersten Glieder der Elektro-Energie-Versorgungs-Systeme.Der Transformator besteht im Prinzip aus einem Eisenkern und zwei gegeneinander und gegen Erde isolierten Wicklungen. Der Eisenkern ist einerseits der mechanische Träger der Wicklungen und andererseits führt er den magnetischen Fluss, der die Übertragung der Spannung von der einen Wicklung zur andern bewirkt. Diejenige Wicklung, welcher die Energie zugeführt wird heisst Primärwicklung und diejenige, welcher die Energie, vermindert um den Eigenverbrauch des Transformators, entnommen wird, heisst Sekundärwicklung.

Auf Grund des Aufbaues der Transformatoren ist die relative Sekundärspannungsschwankung genau gleich der relativen Primärspannungsschwankung. Bei Belastung des Transformators sinkt die Sekundärleerlaufspannung um den innern Spannungsabfall, hervorgerufen durch die Kurzschlussimpedanz und den Belastungsstrom, ab. Die Sekundärspannung des Transformators ist primärspannungsschwankungs- und belastungsstromabhängig. Dieser Umstand führt dazu, dass durch die dauernd auftretende Wechselbelastung in den Elektro-Energie-Verteilnetzen die Verbraucherspannung ständig auf einen bestimmten Verbraucherspannungspegel von 400/231 Volt ausreguliert werden muss. Diese Ausregulierung erfolgt mit elektromotorisch angetriebenen Laststufenschaltern oberspannungsseitig in den Unterwerkstransformatoren unter Last.Diese Betriebsart hat unweigerlich einen enormen Verschleiss der Schaltkontakte der Laststufenschalter zur Folge, so dass diese periodisch einer kostspieligen Revision unterzogen werden müssen. Einerseits ist die mögliche Stufenzahl der Laststufenschalter aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen begrenzt, so dass daher doch eine relativ grobe Ausregulierung der Verbraucherspannung erfolgt und andererseits die Belastungsänderung relativ feinstufig auftreten. Diese Tatsachen führen dazu, dass die Verbraucherbetriebsspannung auf 400/231 Volt angesetzt wird, durchschnittlich ca. 5% über der Verbrauchernennspannung von 380/220 Volt liegt, und dauernd in bestimmten Grenzen schwankt. Auf Grund der Dimensionierung der Elektro-Apparate weisen diese einen festen innern ohmschen Widerstand oder eine feste innere Impedanz auf.Diese Begebenheiten führen dazu, dass diese Apparate beim Anschluss an eine ca. 5%ige Überspannung auch einen ca. 5%igen höheren Betriebsstrom aus dem Verbrauchernetz ziehen und dadurch einen ca. 10%igen Elektro-Energie-Mehrverbrauch verursachen. Dieser wird in den Elektro-Apparaten zum grössten Teil nur in eine ungenutzte Mehrverlustwärme umgesetzt, welche sich negetiv auf die Betriebstüchtigkeit und die Lebensdauer dieser Apparate auswirkt. Ebenso sind die vorliegenden Spannungsschwankungen und die bei der Stufenumschaltung auftretenden Überspannungsspitzen bei hochempfindlichen Anlagen, wie Computer-Anlagen, numerisch gesteuerten Maschinen etc. sehr unerwünscht und können daher schädliche oder gar katastrophale Folgen haben.Die herkömmlichen Transformatoren sind die Verursacher eines ca. 10%igen Elektro-Energie-Mehrverbrauches und bringen gerade auch im Zusammenhang mit der sich immer mehr ausbreitenden, hochempfindlichen Prozessortechnik eine Vielzahl von Problemen, welche gelöst werden müssen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transformator respektive ein Transformatorensystem zu schaffen, der oder das die erwähnten Probleme löst. Der erfindungsgemässe Transformator respektive das erfindungsgemässe Transformatorensystem soll die Laststufenschalter in den Unterwerkstransformatoren für die Elektro-Energie-Verteilung und die Stufenumschaltung in den übrigen Transformatoren für gleiche oder ähnliche Anwendung überflüssig machen.Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator zu schaffen, mittels dem die unstabile Sekundär- resp. die unstabile Verbraucher-Spannung von 400/231 Volt auf der Sekundär- resp. auf der Verbraucher-Nennspannung von 380/220 Volt über einen bestimmten Primärspannungsschwankungsbereich belastungsunabhängig von Leerlauf bis Vollast, respektive bis zu einer bestimmten Überlast, in bestimmten Grenzen leistungsfaktorunabhängig und in bestimmten Grenzen frequenzunabhängig konstant gehalten werden kann. Im weitern soll die Erfindung einen Transformator schaffen, mittels dem jedes beliebig bestimmbare Sekundärspannungsverhalten belastungsunabhängig und/oder belastungsabhängig innerhalb eines bestimmten Primärspannungsbereiches erzeugt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mit einem Transformator, der sich dadurch auszeichnet, dass er mindestens zwei magnetisch getrennte Kerne mit in ihrer magnetischen Gesamtwirkung je unterschiedlichen magnetischen Charakteristika aufweist, wobei mindestens eine Wicklung je mindestens zwei dieser Kerne umschlingt und sie dadurch elektrisch koppelt und dass mindestens eine weitere Wicklung je mindestens einen Kern umschlingt oder zusätzlich mindestens mit einem Transformator, der sich dadurch auszeichnet, dass er mindestens zwei magnetisch getrennte Kerne mit in ihrer magnetischen Gesamtwirkung je unterschiedlichen oder gleichen magnetischen Charakteristika aufweist, wobei mindestens eine Wicklung je mindestens zwei dieser Kerne umschlingt und sie dadurch koppelt und dass mindestens eine weitere Wicklung je mindestens einen Kern umschlingt.

In den Zeichnungen sind erfindungsgemässe Transformatoren und erfindungsgemässe Transformatoren-Systeme in verschiedenen beispielsweisen Ausführungsarten prinzipiell dargestellt. Die einzelnen Ausführungsarten dienen zur Schaffung bestimmter Verhaltensarten der Sekundärspannung, entweder belastungsunabhängig und/oder belastungsabhängig. Weiter sind die physikalischen Hintergründe seiner Wirkungsweise anhand von verschiedenen Magnetisierungskurven veranschaulicht. In der nachfolgenden Beschreibung ist der grundsätzliche Aufbau und das Funktionsprinzip des erfindungsgemässen Transformators und des erfindungsgemässen Transformatoren-Systems erläutert. Ferner werden die gezeigten Ausführungsarten beschrieben und deren Wirkungsweise erklärt. Der erfindungsgemässe Transformator wird im folgenden Delta-Phi-Trafo und das erfindungsgemässe Transformatoren-System Delta-Phi-Trafo- System genannt.

Es zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in seiner einfachsten Bauart, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A und B; Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in seiner einfachsten Bauart, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A und C; Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A, B und C, der Kern SK ist in zwei Teilkerne unterteilt, mit der Wicklung A als Primärwicklung, Wicklungen B und C in offener Schaltung; Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A, B und C, mit der Wicklung A als Primärwicklung und mit additiver Serieschaltung der Wicklungen B und C; Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A, B und C, mit der Wicklung A als Primärwicklung und mit subtraktiver Serieschaltung der Wicklungen B und C; Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A, B und C, mit den Wicklungen B und C als Primärwicklungen; Fig. 7 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK und RK und den Wicklungen A, B und C, mit der Wicklung B als Primärwicklung; Fig. 8 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK, RK, SAK und RAK und den Wicklungen A, B, C, D und E, mit der Wicklung A, welche die Kerne SK, RK und RAK umschlingt, als Primärwicklung, die Wicklungen B, C, D und E als Sekundärwicklungen in offener Schaltung; Fig. 9 den prinzipiellen Aufbau des Delta-Phi-Trafos in erweiterter Ausführung, bestehend aus den Kernen SK, RK, SAK und RAK und den Wicklungen A, B, C, D und E, mit der Wicklung A, welche die Kerne SK, RK, SAK und RAK umschlingt, als Primärwicklung, die Wicklungen B, C, D und E als Sekundärwicklungen in offener Schaltung; Fig. 10 die Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Feldstärke für zwei verschiedene Materialien; Fig. 11 den Einfluss der Luftspaltstrecken auf die Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Durchflutung: Kurve A: die Magnetisierungskurve für das Kernblech, Kurve B: die Magnetisierungskurve für eine kleine Luftspaltstrecke, Kurve C: die Resultierende aus Kurve A und Kurve B, Kurve D: die Magnetisierungskurve für eine grosse Luftspaltstrecke, Kurve E: die Resultierende aus Kurve A und Kurve D; Fig. 12 einen, aus Teilkernen (1, 2, 3, ..., n-1, n) mit teilweise mit Luftspalten versehenen, aufgebauten Kern: Teilkern 1: ohne Luftspalt Teilkern 2: mit einem kleinen Luftspalt Teilkern 3: mit einem grösseren Luftspalt Teilkern n-1: mit zwei Luftspalten Teilkern n: mit vier Luftspalten; Fig. 13 mögliche Luftspaltformen, dabei bedeuten: a) paralleler Luftspalt b) Luftspalt keilförmig nach unten c) Luftspalt keilförmig nach oben d) Luftspalt symmetrisch keilförmig e) Luftspalt trapezförmig nach unten f) Luftspalt trapezförmig nach oben g) Luftspalt symmetrisch trapezförmig; Fig. 14 die Magnetisierungskurven für zwei Kerne mit verschiedenen magnetischen Charakteristika Induktion in Funktion der Durchflutung und der daraus resultierenden Gesamtinduktion: Kurve A: die Magnetisierungskurve für den Kern SK Kurve B: die Magnetisierungskurve für den Kern RK Kurve C: die Gesamtmagnetisierungskurve für beide Kerne SK und RK; Fig. 15 die Magnetisierungskurven für zwei Kerne mit verschiedenen magnetischen Charakteristika Induktion in Funktion der Primärspannung und der daraus resultierenden Gesamtinduktion mit gleicher Steigung der drei Kurven innerhalb des bestimmten Primärspannungsbereiches: Kurve A: die Magnetisierungskurve für den Kern SK Kurve B: die Magnetisierungskurve für den Kern RK Kurve C: die Gesamtmagnetisierungskurve für beide Kerne SK und RK; Fig. 16 die Magnetisierungskurven für zwei Kerne mit verschiedenen magnetischen Charakteristika Induktion in Funktion der Primärspannung und der daraus resultierenden Gesamtinduktion mit ungleicher Steigung der drei Kurven innerhalb des bestimmten Primärspannungsbereiches: Kurve A: die Magnetisierungskurve für den Kern SK Kurve B: die Magnetisierungskurve für den Kern RK Kurve C: die Gesamtmagnetisierungskurve für beide Kerne SK und RK, die Kurve B hat die grössere Steigung als die Kurve A; Fig. 17 die Magnetisierungskurven für zwei Kerne mit verschiedenen magnetischen Charakteristika Induktion in Funktion der Primärspannung und der daraus resultierenden Gesamtinduktion mit ungleicher Steigung der drei Kurven innerhalb des bestimmten Primärspannungsbereiches: Kurve A: die Magnetisierungskurve für den Kern SK Kurve B: die Magnetisierungskurve für den Kern RK Kurve C: die Gesamtmagnetisierungskurve für beide Kerne SK und RK, die Kurve B hat die kleinere Steigung als die Kurve A; Fig. 18 den Bereich des Verhaltens der Sekundärspannung; Fig. 19 ein Delta-Phi-Trafo-System, bestehend aus: I 1 Delta-Phi-Trafo gemäss Fig. 8 oder Fig. 9 II 1 Delta-Phi-Trafo gemäss Fig. 6 III 1 Delta-Phi-Trafo gemäss Fig. 6; Fig. 20 ein Delta-Phi-Trafo-System, bestehend aus: I 1 Delta-Phi-Trafo gemäss Fig. 7 II 1 Transformator herkömmlicher Bauart.

Bevor im einzelnen auf den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise des Delta-Phi-Trafos eingegangen wird, sei vorausgeschickt, dass er sinnvollerweise in mindestens drei verschiedenen Funktionsstufen betrieben werden kann, nämlich in einer Primär-, Sekundär- und Tertiärfunktion.

Arbeitet der Delta-Phi-Trafo in der Primärfunktion, so erfolgt die elektrische Einspeisung direkt aus einem unstabilisierten Netz. Arbeitet er in der Sekundärfunktion so erfolgt die elektrische Einspeisung auf mindestens eine Primärwicklung von mindestens einem Sekundärzweig eines vorgeschalteten Delta-Phi-Trafo mit Primär- oder Sekundärfunktion oder direkt aus einem stabilisierten Netz. Es können also auch mehrere Delta-Phi-Trafos mit Sekundärfunktion hintereinander geschaltet werden. Ein Transformator mit Tertiärfunktion kann sowohl ein Delta-Phi-Trafo als auch Transformator herkömmlicher Bauart sein. Die Sekundärwicklung des Transformators mit Tertiärfunktion wird in Serie mit dem oder den Hauptstrom-Sekundärwicklungszweig(en) des oder der Delta-PHi-Trafos mit Primär- und/oder Sekundärfunktion geschaltet.Beim Transformator mit Tertiärfunktion erfolgt die elektrische Einspeisung auf mindestens eine Primärwicklung aus dem oder den Nebenstrom-Sekundärwicklungszweigen des oder der Delta-Phi-Trafos mit Primär- und oder Sekundärfunktion(en). Die Sekundärwicklungen mehrerer Transformatoren mit Tertiärfunktion können in Serie geschaltet werden. Auch die Parallelschaltung oder kombinierte Schaltungen der Sekundärwicklungen der Transformatoren mit Tertiärfunktion sind möglich.

Die Funktionsweise des Delta-Phi-Trafos liegt einem speziellen Magnetisierungseffekt zugrunde.

Werden mindestens zwei magnetisch getrennte Kerne mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika von einer gemeinsamen Erregerwicklung umschlossen, die Erregerwicklung an eine ansteigende Spannung gelegt, so fliesst in der Erregerwicklung der Leerlaufstrom.

Dadurch, dass diese Kerne von der gleichen Erregerwicklung mit der entsprechenden Windungszahl umschlossen sind, erfahren die Kerne die gleiche magnetische Durchflutung, d.h., die Durchflutung des einen Kernes ist gleich der Durchflutung des anderen Kernes. Infolge der unterschiedlichen magnetischen Charakteristika werden die Kerne unterschiedlich magnetisiert, d.h., es bilden sich in den Kernen unterschiedliche magnetische Flüsse respektive Induktionen. Da von der Erregerwicklung aus gesehen, der Leerlaufstrom auf einen gemeinsamen Kern, zusammengesetzt aus den einzelnen Kernen, deren Gesamtquerschnitt aus der Summe der einzelnen Kerne besteht, wirkt, kann auf Grund der angelegten Erregerspannung, der Frequenz, der Windungszahl der Erregerwicklung und des gesamten Kernquerschnittes bei jeder angelegten Erregerspannung die entsprechende Gesamtinduktion bestimmt werden.Anhand der vorliegenden Magnetisierungskurven Induktionen in Funktion der Durchflutung und den einzelnen Kernquerschnitten kann ebenfalls die Gesamtinduktion bestimmt werden. Die Gesamtinduktion B ist die Summe der einzelnen magnetischen Flüsse geteilt durch die Summe der einzelnen Kernquerschnitte. Die, auf diese Art, bestimmte Gesamtinduktion B in Funktion der Durchflutung muss eine Kurve darstellen. Die Umgestaltung der Magnetisierungskurve Induktion in Funktion der Durchflutung in die Magnetisierungskurve Induktion in Funktion der Primärspannung geschieht so, dass die Kurve der Gesamtinduktion B in der Magnetisierungskurve Induktion in Funktion der Durchflutung in gleiche Teilinduktionen einzuteilen ist, welche den zugehörigen Teilerregerspannungen entsprechen.Die über resp. unter den Teilungspunkten liegenden Induktionen der einzelnen Kerne entsprechen ebenfalls den Teilerregerspannungen und können in die neue Kurve Induktion in Funktion der Primärspannung übertragen werden.

In Fig. 1 ist die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Delta-Phi-Trafos prinzipiell dargestellt. Der Trafo weist zwei Kerne mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften auf, nämlich dem sogenannten Stammkern SK und dem sogenannten Regulierkern RK. Die Primärwicklung A umschlingt beide Kerne SK und RK gemeinsam. Der Stammkern SK ist von einer weitern Wicklung, der Stammwicklung B umschlossen. Auf dem Regulierkern RK ist keine weitere Wicklung aufgebaut. Dadurch, dass die Kerne unterschiedliche magnetische Gesamtwirkungseigenschaften aufweisen, werden in den Kernen SK und RK auch unterschiedliche, bestimmbare magnetische Flüsse gebildet. Bei diesem Delta-Phi-Trafo-Typ wird nur der magnetische Fluss im Stammkern SK durch die Wicklung B genutzt.

In Fig. 2 ist ebenfalls die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Delta-Phi-Trafos prinzipiell dargestellt. Im Gegensatz zur Ausführung gemäss Fig. 1, wird bei dieser Ausführung nur der magnetische Fluss im Regulierkern RK durch die Wicklung C genutzt.

In Fig. 3 ist die erweiterte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Delta-Phi-Trafos prinzipiell dargestellt. Der Trafo weist zwei mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften auf, nämlich dem Stammkern SK, welcher in zwei Teilkerne 1 und 2 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften aufgeteilt ist. Der Teilkern 1 weist im Gegensatz zum Teilkern 2 eine Luftspaltstrecke LSK auf. Der Regulierkern RK weist ebenfalls eine Luftspaltstrecke auf. Die Wicklung A, in der Funktion der Primärwicklung umschlingt gemeinsam die beiden Kerne SK und RK.

Die Wicklung B ist auf dem Stammkern SK und die Wicklung C ist auf dem Regulierkern RK aufgebaut und stellen zwei Sekundärwicklungen in offener Schaltung dar. Diese Ausführungsart wird hauptsächlich für den Delta-Phi-Trafos mit Primärfunktion verwendet. Durch die entsprechende Schaltung der Sekundärwicklungen, entweder additive Serieschaltung, d.h., die in den Wicklungen B und C induzierten Spannungen werden addiert, subtraktive Serieschaltung, d.h., die in der Wicklung C induzierte Spannung wird von der in der Wicklung B induzierten Spannung subtrahiert oder offene Schaltung, können alle bestimmbaren Sekundärspannungsverhalten erzeugt werden.Die in den Wicklungen B und C induzierten Spannungen respektive die für diese Wicklungen benötigten Windungszahlen lassen sich nach dem Transformationsgesetz berechnen, wobei die Berechnung für beide Kerne, sowohl an der oberen, wie an der unteren Grenze des Primärspannungsbereiches durchzuführen ist.

Fig. 4 zeigt ebenfalls einen Delta-Phi-Trafo mit zwei magnetisch getrennten Kernen SK und RK mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften, mit der Primärwicklung A, welche die beiden Kerne SK und RK gemeinsam umschlingt, der Wicklung B, welche auf dem Kern SK und der Wicklung C, welche auf dem Kern RK aufgebaut ist. Die Wicklungen B und C sind Sekundärwicklungen und sind additiv in Serie geschaltet.

Fig. 5 zeigt den gleichen Delta-Phi-Trafo wie in Fig. 4 dargestellt, jedoch mit subtraktiver Serieschaltung der Wicklungen B und C.

Fig. 6 zeigt den Delta-Phi-Trafo mit zwei magnetisch getrennten Kernen SK und RK mit gleichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften, mit der Wicklung A, welche die beiden Kerne gemeinsam umschlingt, als Sekundärwicklung, der Wicklung B, welche auf dem Stammkern SK und der Wicklung C, welche auf dem Regulierkern RK aufgebaut ist. Die Wicklungen B und C sind Primärwicklungen. Diese Ausführungsart wird hauptsächlich für einen Delta-Phi-Trafo mit Sekundär- oder Tertiärfunktion verwendet. Bei der Verwendung dieser Ausführungsart, als Delta-Phi-Trafo mit Sekundärfunktion, sind die Schaltungen mit den entsprechenden Wicklungen des vorgeschalteten Delta-Phi-Trafos mit Primärfunktion so vorzunehmen, dass die in den beiden Kernen SK und RK des Delta-Phi-Trafos mit Sekundärfunktion aufgebauten magnetischen Flüsse auf die Wicklung A addierende oder subtrahiernde Wirkung haben.Dasselbe gilt auch für den Delta-Phi-Trafo mit Tertiärfunktion.

Fig. 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Delta-Phi-Trafos mit zwei magnetisch getrennten Kernen SK und RK mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften. Die Wicklung A umschlingt beide Kerne SK und RK gemeinsam und hat die Funktion der Hauptsekundärwicklung. Die Wicklung B ist auf dem Stammkern SK, als Primärwicklung, und die Wicklung C ist auf dem Regulierkern RK, als Nebensekundärwicklung, aufgebaut. Diese Ausführungsart wird hauptsächlich für den Delta-Phi-Trafo mit Sekundärfunktion mit direkter Einspeisung aus einem stabilisierten Netz verwendet. Die Wicklung A ist in diesem Falle windungszahlmässig für die gewünschte Sekundärleerlaufspannung zu dimensionieren. Beim Leerlaufbetrieb fliesst in der Wicklung A kein Strom. Demzufolge wird im Regulierkern RK kein magnetisches Feld aufgebaut.Wird der Hauptsekundärkreis belastet, so fliesst in der Wicklung A der Sekundärstrom, welcher zusammen mit der Windungszahl der Wicklung A die entsprechende Durchflutung für den Regulierkern RK ergibt. Je nach der magnetischen Auslegung des Regulierkernes RK wird in ihm ein entsprechendes Magnetfeld aufgebaut, welches in der Wicklung C ausgewertet wird. Die in der Wicklung C induzierte Spannung wird als Primärspannung dem nachgeschalteten Transformator mit Tertiärfunktion zugeführt.

Fig. 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erweiterten Delta-Phi-Trafos mit dem Stammkern SK, dem Regulierkern RK, dem Stammausgleichskern SAK und dem Regulierausgleichskern RAK mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften. Die Primärwicklung A umschling die Kerne SK, RK und SAK, Die Wicklung B ist auf dem Stammkern SK, die Wicklung C ist auf dem Regulierkern RK und dem Regulierausgleichskern RAK, die Wicklung D ist auf dem Stammausgleichskern SAK und die Wicklung E ist auf dem Regulierausgleichskern RAK aufgebaut. Die Wicklungen B, C, D und E sind Sekundärwicklungen und entsprechend der elektrischen und magnetischen Auslegung sind ihnen bestimmte Funktionen zugeteilt. Diese Ausführungsart wird für einen Delta-Phi-Trafo mit Primärfunktion verwendet.

Fig. 9 zeigt ebenfalls den prinzipiellen Aufbau eines erweiterten Delta-Phi-Trafos mit dem Stammkern SK, dem Regulierkern RK, dem Stammausgleichskern SAK und dem Regulierausgleichskern RAK mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften. Die Primärwicklung A umschlingt die Kerne SK, RK, SAK und RAK. Die Wicklung B ist auf dem Stammkern SK, die Wicklung C ist auf dem Regulierkern RK, die Wicklung D ist auf dem Stammausgleichskern SAK und die Wicklung E ist auf dem Regulierausgleichskern RAK aufgebaut. Die Wicklungen B, C, D und E sind Sekundärwicklungen und entsprechend der elektrischen und magnetischen Auslegung sind ihnen bestimmte Funktionen zugeteilt. Diese Ausführungsart wird für einen Delta-Phi-Trafo mit Primärfunktion verwendet.

Fig. 12 zeigt einen in Teilkerne, mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften, aufgeteilten Kern. Die unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften werden dadurch erreicht, dass der Teilkern 1 keine Luftspaltstrecke und die übrigen Teilkerne unterschiedliche Luftspaltstrecken aufweisen. Die anwendbaren Luftspaltformen sind in Fig. 13 dargestellt. Entsprechend den Fig. 10 und 11 werden die magnetischen Charakteristika in den einzelnen Teilkernen 1, ..., n beeinflusst. In den Zonen der Luftspaltstrecken streuen die magnetischen Feldlinien aus. Damit die Teilkerne sich nicht magnetisch gegenseitig beeinflussen, sind die einzelnen Teilkerne um mindestens die Distanz, der grössten benachbarten Luftspaltstrecke, zu distanzieren.

Wie aus der Fig. 14 ersichtlich ist, muss die Magnetisierungskurve Induktion in Funktion der Durchflutungs für die Kurve A entsprechend für den Stammkern SK zwischen den Punkten D und E eine Gerade sein. Dasselbe gilt auch für die Kurve B entsprechend für den Regulierkern RK zwischen den Punkten F und G. Ebenso muss auch die Kurve C entsprechend gemeinsam für beide Kerne SK und RK zwischen den Punkten H und I auch eine Gerade sein. Die Punkte D, F und H sind somit die unteren Grenzwerte für den bestimmten Primärspannungsbereich und die Punkte E, G und I die oberen Grenzwerte. Die Punkte H und I auf der Kurve C müssen so gewählt werden, dass die Induktionen bei diesen Punkten gemäss dem Transformationsgesetz den untern und obern Grenzenwertspannungen des bestimmten Primärspannungsbereiches entsprechen.

Gemäss den Fig. 15 bis 17 ist die Gesamtmagnetisierungskurve C entsprechend gemeinsam für die beiden Kerne SK und RK gemäss dem Transformationsgesetz U = 4,44 x f x w x A x B x 10 000 für B in Tesla immer eine Gerade. Diese ist in gleiche Teile einzuteilen, die entsprechenden Induktionen sind zu bestimmen und in die Kurve C der Magnetisierungskurve Induktion in Funktion der Durchflutung gemäss Fig. 14 zu übertragen, womit auch die vorhandenen Durchflutungswerte bei den entsprechenden Induktionen der Kurve C bestimmt sind. Die zugehörigen Induktionen für die Kurven A und B sind somit auch bestimmt und sind in die Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Primärspannung zu übertragen.

Nach der gleichen Methode sind auch die Gesamtmagnetisierungskurven Induktion in Funktion der Durchflutung und Induktion in Funktion der Primärspannung für einen in Teilkerne mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristiken unterteilten Kern nach Fig. 12 zu bestimmen.

Fig. 18 zeigt die Bereiche der Verhaltensarten der Sekundärspannung. So bedeutet die horizontale Linie A einen konstanten, die strichpunktierte Linie B einen prozentual gleichen, die schraffierte Fläche C einen prozentual kleineren, die schraffierte Fläche D einen prozentual grösseren und die schraffierte Fläche E einen negativen, die Sekundärspannung nimmt bei zunehmender Primärspannung ab respektive die Sekundärspannung nimmt bei abnehmender Primärspannung zu, Verlauf der Sekundärspannung in Funktion der Primärspannungsänderung von U1+v% bis U1-w%.

Fig. 19 zeigt die Schaltung eines Delta-Phi-Trafo-Systemes mit einem Delta-Phi-Trafo mit Primärfunktion nach Fig. 8 oder Fig. 9, einem Delta-Phi-Trafo mit Sekundärfunktion nach Fig. 6 und einem Delta-Phi-Trafo mit Tertiärfunktion nach Fig. 6. Mit diesem Delta-Phi-Trafo-System sind mit entsprechender Dimensionierung der einzelnen Delta-Phi-Trafos sämtliche Verhaltensarten der Sekundärspannung erreichbar.

Fig. 20 zeigt die Schaltung eines Delta-Phi-Trafo-Systemes mit einem Delta-Phi-Trafo mit Sekundärfunktion nach Fig. 7 und einem Transformator herkömmlicher Bauart mit Tertiärfunktion. Bei diesem Delta-Phi-Trafo-System erfolgt die elektrische Einspeisung direkt aus einem stabilisierten Netz.

Claims (6)

1. Transformator, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei magnetisch getrennte Kerne (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) aufweist, wobei mindestens eine Wicklung (A; A1, ..., An) mindestens zwei dieser Kerne (SK, RK; SAK1, ... SAKn; RAK1, ..., RAKn) umschlingt und mindestens eine weitere Wicklung (B; B1, ..., Bn; C; C1, ..., Cn; D; D1, ..., Dn; E; E1, ..., En) je mindestens einen Kern (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) umschlingt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der magnetisch getrennten Kerne (SK, RK; SAK1; ... SAKn; RAK1, ..., RAKn) in ihrer magnetischen Gesamtwirkung je unterschiedlichen magnetischen Charakteristika aufweisen.

3.Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kern (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) in Richtung des magnetischen Flusses in voneinander isolierte Teilkerne (1, ..., n) mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika unterteilt ist.

4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis mindestens eines Kernes (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) oder mindestens eines Teilkernes (1, ..., n) jener Kerne mindestens einen Luftspalt (LSK, LRK; LSAK, LSAK) aufweist.

5. Transformator nach Anspruch 4, daduch gekennzeichnet, dass die Kerne (SK, RK; SAKl, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) oder die Teilkerne (1, ..., n) jener Kerne aus untereinander unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.

6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der magnetisch getrennten Kerne (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) in ihrer magnetischen Gesamtwirkung gleiche magnetische Charaktristika aufweisen.

6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der magnetisch getrennten Kerne (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) in ihrer magnetischen Gesamtwirkung gleiche magnetische Charaktristika aufweisen.

1. Transformator, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei magnetisch getrennte Kerne (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) aufweist, wobei mindestens eine Wicklung (A; A1, ..., An) mindestens zwei dieser Kerne (SK, RK; SAK1, ... SAKn; RAK1, ..., RAKn) umschlingt und mindestens eine weitere Wicklung (B; B1, ..., Bn; C; C1, ..., Cn; D; D1, ..., Dn; E; E1, ..., En) je mindestens einen Kern (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) umschlingt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der magnetisch getrennten Kerne (SK, RK; SAK1; ... SAKn; RAK1, ..., RAKn) in ihrer magnetischen Gesamtwirkung je unterschiedlichen magnetischen Charakteristika aufweisen.

3.Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kern (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) in Richtung des magnetischen Flusses in voneinander isolierte Teilkerne (1, ..., n) mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika unterteilt ist.

4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis mindestens eines Kernes (SK, RK; SAK1, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) oder mindestens eines Teilkernes (1, ..., n) jener Kerne mindestens einen Luftspalt (LSK, LRK; LSAK, LSAK) aufweist.

5. Transformator nach Anspruch 4, daduch gekennzeichnet, dass die Kerne (SK, RK; SAKl, ..., SAKn; RAK1, ..., RAKn) oder die Teilkerne (1, ..., n) jener Kerne aus untereinander unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.