DE102023101986A1 - Controllable transformer and method for controlling a transformer - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein steuerbarer Transformator (100), wenigstens umfassend eine Primärwicklung (1), eine Sekundärwicklung (2) und einen magnetischen Transformatorkern (3), wobei der Transformatorkern (3) wenigstens einen Steuerabschnitt (31) mit wenigstens drei Bohrungen (4) aufweist, wobei der Steuerabschnitt (31) eine Längserstreckungsrichtung (Z) entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung (X) und eine zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen (X, Y, Z) paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei- die Bohrungen (4) im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung (Y) verlaufen,- in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31), welche durch die erste Quererstreckungsrichtung (X) und die zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung (4) verläuft, und- ein Abstand (x1) wenigstens einer Bohrung (4) zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts (31) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) größer ist als◯ ein Abstand (x2, z1) der Bohrung (4) zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts (31), und/oder◯ die Hälfte eines Abstands (d4) zu einer weiteren Bohrung (4), wobei eine Steuerwicklung (5) durch die Bohrungen (4) verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms (Is) durch die Steuerwicklung (5) eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31) erzeugbar ist.The invention relates to a controllable transformer (100) comprising at least one primary winding (1), a secondary winding (2) and a magnetic transformer core (3), the transformer core (3) having at least one control section (31) with at least three bores (4 ), wherein the control section (31) has a longitudinal direction (Z) corresponding to the main magnetic flux direction, a first transverse direction (X) and a second transverse direction (Y), the three directions (X, Y, Z) being oriented in pairs perpendicular to one another , and wherein- the bores (4) run essentially along the second direction of transverse extent (Y),- in each plane of transverse extent of the control section (31), which is spanned by the first direction of transverse extent (X) and the second direction of transverse extent (Y), at most one Bore (4) runs, and a distance (x1) of at least one bore (4) to one of the two closest outer edges of the control section (31) in the first transverse direction (X) is greater than a distance (x2, z1) of the bore (4) to a further boundary of the control section (31), and / or ◯ half a distance (d4) to a further bore (4), wherein a control winding (5) through the bores (4) runs such that by means of a control current (Is) through the control winding (5), a pre-magnetization of the control section (31) can be generated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen steuerbaren Transformator und ein Verfahren zur Steuerung eines Transformators.The present invention relates to a controllable transformer and a method for controlling a transformer.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Transformatoren gehören zu den häufigsten Bauelementen der Elektrotechnik und dienen der Spannungswandlung beispielsweise in Energieversorgungsanlagen, in Netzteilen technischer Geräte sowie bei der Signalübertragung und der Schutztrennung. Ein Transformator kann in einphasigen oder mehrphasigen Bauformen ausgeführt sein und besteht in der Regel aus mindestens zwei Spulen, üblicherweise als Primärwicklung und als Sekundärwicklung bezeichnet, die als gewickelte isolierte Leiter um einen magnetischen Transformatorkern angeordnet sind, wobei der Transformatorkern insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff in massiver oder laminierter Ausführung, beispielsweise in Form von Eisenwerkstoffen, gesinterten Ferriten, Elektroblech oder Verbundwerkstoffen, ausgebildet ist. Die elektrischen Spannungen an den Wicklungen werden über das Verhältnis der Windungszahlen übersetzt, wobei diese in der Regel in Primärspannung U1 mit der Windungsanzahl N1 und Sekundärspannung U2 mit der Windungsanzahl N2 eingeteilt werden. Im Idealfall ergibt sich ein Spannungsübersetzungsverhältnis von U1/U2 = N1/N2.Transformers are among the most common components in electrical engineering and are used for voltage conversion, for example in energy supply systems, in power supply units of technical devices, as well as for signal transmission and protective separation. A transformer can be designed in single-phase or multi-phase designs and usually consists of at least two coils, usually referred to as a primary winding and a secondary winding, which are arranged as wound insulated conductors around a magnetic transformer core, the transformer core being made in particular of a soft magnetic material in solid form or laminated design, for example in the form of iron materials, sintered ferrites, electrical steel or composite materials. The electrical voltages on the windings are translated via the ratio of the number of turns, which are usually divided into the primary voltage U1 with the number of turns N1 and the secondary voltage U2 with the number of turns N2. In the ideal case, this results in a voltage transformation ratio of U1/U2 = N1/N2.

Durch den Wandel der Stromnetze im Zuge des Ausbaus von Erneuerbaren Energien entstehen zunehmende Anforderungen an eine Adaptierbarkeit von Transformatoren an wechselnde Betriebsbedingungen, um eine maximalen Leistungsaufnahme und Netzstabilität durchweg zu gewährleisten. Zudem werden für die effiziente und ressourcenschonende Energieumwandlung zunehmend getaktete Stromversorgungen (Leistungselektronik) verwendet, und auch diese Systeme erfordern steuerbare Transformatoren, derart, dass insbesondere das Spannungsübersetzungsverhältnis, die Magnetisierungsinduktivität oder die Streuinduktivität gezielt variierbar sind.Due to the change in the power grids in the course of the expansion of renewable energies, there are increasing demands on the adaptability of transformers to changing operating conditions in order to ensure maximum power consumption and grid stability throughout. In addition, clocked power supplies (power electronics) are increasingly being used for efficient and resource-saving energy conversion, and these systems also require controllable transformers such that the voltage transformation ratio, the magnetization inductance or the leakage inductance in particular can be varied in a targeted manner.

Im Stand der Technik ist es bekannt, das Spannungsübersetzungsverhältnis von Transformatoren mittels schaltbar ausgeführten Wicklungsanzapfungen variabel abzustufen. Nachteiligerweise stellt eine derartige Anzapfungsumschaltung große Herausforderungen an die benötigten Schaltelemente, und es resultieren signifikante Ausgleichströme sowie transiente Einflussfaktoren auf den Transformatorbetrieb.It is known in the prior art to variably grade the voltage transformation ratio of transformers by means of switchable winding taps. Disadvantageously, such a tap changeover poses great challenges to the switching elements required, and significant equalizing currents and transient factors influencing the operation of the transformer result.

Zur Variation der Magnetisierungsinduktivität eines Transformators oder auch einer Drosselspule ist es weiterhin bekannt, die Länge eines Luftspalts im Transformator- bzw. Spulenkern zu variieren, wozu ein Kernsegment mechanisch verlagerbar ausgebildet ist. Nachteilig an diesem Konzept sind die langsamen Schaltzeiten bedingt durch die mechanische Betätigung, welche typischerweise im Sekundenbereich liegen. Das verlagerbare Kernsegment stellt außerdem ein Verschleißteil dar, insbesondere aufgrund der in typischen Anwendungsumgebungen auftretenden Vibrationen aufgrund von elektromechanischen Kräften. Diese Verschleißanfälligkeit begrenzt die Lebensdauer der Transformatoren und bedingt zudem ein Ausfallrisiko.To vary the magnetizing inductance of a transformer or a choke coil, it is also known to vary the length of an air gap in the transformer or coil core, for which purpose a core segment is designed to be mechanically displaceable. A disadvantage of this concept is the slow switching times caused by the mechanical actuation, which are typically in the range of seconds. The displaceable core segment is also a consumable item, particularly due to vibration from electromechanical forces found in typical application environments. This susceptibility to wear limits the service life of the transformers and also creates a risk of failure.

Eine Alternative stellt das sognannte Virtual-Air-Gap Konzept dar, welches beispielsweise in der Druckschrift EP 2 686 931 B1 für eine Drosselspule offenbart ist. Das Virtual-Air-Gap Konzept basiert auf einer einstellbaren Vormagnetisierung eines magnetischen Kerns mittels einer bestrombaren Steuerwicklung, welche sich durch Bohrungen in einem Kernabschnitt erstreckt. Bei Bestromung der Steuerwicklung mittels eines Steuerstroms wird ein magnetischer Fluss um die Bohrungen in den Kernabschnitt eingebracht, wodurch auf die Magnetisierungsinduktivität Einfluss genommen werden kann. Im Unterschied zu einem Kern mit mechanisch variierbarer Luftspaltlänge ist die Variation der Magnetisierungsinduktivität jedoch stark abhängig vom jeweiligen Arbeitspunkt der Drosselspule, d.h., es ist keine über den gesamten Arbeitsbereich konstante Magnetisierungsinduktivität einstellbar, was aus regelungstechnischer Sicht unbefriedigend ist.An alternative is the so-called virtual air gap concept, which is described, for example, in the publication EP 2 686 931 B1 for a choke coil is disclosed. The Virtual Air Gap concept is based on an adjustable pre-magnetization of a magnetic core by means of a control winding which can be energized and which extends through holes in a core section. When the control winding is energized by means of a control current, a magnetic flux is introduced around the bores in the core section, as a result of which the magnetization inductance can be influenced. In contrast to a core with a mechanically variable air gap length, the variation of the magnetizing inductance is strongly dependent on the respective operating point of the choke coil, ie it is not possible to set a constant magnetizing inductance over the entire working range, which is unsatisfactory from a control point of view.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen steuerbaren Transformator und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung eines Transformators vorzuschlagen, welche insbesondere auf einer schnellen, ausfallsicheren und bedarfsgerechten Anpassbarkeit der Magnetisierungsinduktivität, der Streuinduktivität und/oder des Spannungsübersetzungsverhältnisses des Transformators beruhen.It is the object of the present invention to propose a controllable transformer and an associated method for controlling a transformer, which are based in particular on fast, fail-safe and needs-based adaptability of the magnetizing inductance, the leakage inductance and/or the voltage transformation ratio of the transformer.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem steuerbaren Transformator gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a controllable transformer according to claim 1 and a method according to claim 20. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die technische Lehre der Erfindung offenbart einen steuerbaren Transformator, wenigstens umfassend eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und einen magnetischen Transformatorkern, wobei der Transformatorkern wenigstens einen Steuerabschnitt mit wenigstens drei Bohrungen aufweist, wobei der Steuerabschnitt eine Längserstreckungsrichtung entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung und eine zweite Quererstreckungsrichtung aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei

• - die Bohrungen im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung verlaufen,
• - in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts, welche durch die erste Quererstreckungsrichtung und die zweite Quererstreckungsrichtung aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung verläuft, und
• - ein Abstand wenigstens einer Bohrung zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts in der ersten Quererstreckungsrichtung größer ist als
  • ◯ ein Abstand der Bohrung zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts, und/oder
  • ◯ die Hälfte eines Abstands zu einer weiteren Bohrung,

wobei eine Steuerwicklung durch die Bohrungen verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms durch die Steuerwicklung eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts erzeugbar ist.The technical teaching of the invention discloses a controllable transformer, at least comprising a primary winding, a secondary winding and a magnetic transformer core, the transformer core having at least one control section with at least three bores, the control section having a longitudinal direction corresponding to the main magnetic flux direction, a first transverse direction direction and a second transverse direction, wherein the three directions of extent are oriented in pairs perpendicular to one another, and wherein

• - the bores run essentially along the second transverse direction,
• - in each plane of transverse extent of the control section, which is spanned by the first direction of transverse extent and the second direction of transverse extent, at most one bore runs, and
• - A distance of at least one hole to one of the two closest outer edges of the control section in the first transverse direction is greater than
  • ◯ a distance from the hole to another boundary of the control section, and/or
  • ◯ half of a distance to another hole,

wherein a control winding runs through the bores in such a way that a bias magnetization of the control section can be generated by means of a control current through the control winding.

Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, mit dem Steuerabschnitt eine steuerbare Reluktanz in den Magnetkreis des Transformators zu integrieren. Dabei wird eine Modifikation des Virtual-Air-Gap Konzeptes vorgenommen, welche die Anzahl der Bohrungen zur Aufnahme der Steuerwicklung und deren Anordnung zueinander bzw. relativ zur Berandung des Steuerabschnitts betrifft. Damit gelingt die Einstellung komplexer Vormagnetisierungsmuster im Steuerabschnitt des Transformatorkerns, deren Zweckmäßigkeit für die Steuerung des Transformators später im Detail aufgezeigt wird. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Konzept möglich, die Magnetisierungsinduktivität des Transformators über einen weiten Arbeitsbereich im Wesentlichen monoton und näherungsweise linear mittels des Steuerstroms zu variieren, insbesondere mittels eines Gleichstroms. Je nach relativer Anordnung von Steuerabschnitt, Primärwicklung und Sekundärwicklung steht eine Variation der Magnetisierungsinduktivität, der Streuinduktivität oder des Spannungsübersetzungsverhältnisses im Vordergrund der erfindungsgemäßen Steuerung des Transformators.The invention is based on the idea of integrating a controllable reluctance into the magnetic circuit of the transformer with the control section. A modification of the virtual air gap concept is carried out, which affects the number of bores for accommodating the control winding and their arrangement relative to one another or relative to the boundary of the control section. This makes it possible to set complex bias patterns in the control section of the transformer core, the usefulness of which for controlling the transformer will be shown in detail later. In particular, it is possible with the concept according to the invention to vary the magnetizing inductance of the transformer essentially monotonically and approximately linearly over a wide operating range by means of the control current, in particular by means of a direct current. Depending on the relative arrangement of the control section, primary winding and secondary winding, a variation of the magnetization inductance, the leakage inductance or the voltage transformation ratio is in the foreground of the control of the transformer according to the invention.

Zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Anordnung der Bohrungen im Steuerabschnitt als Teil des Transformatorkerns dienen zunächst die 1a bis 1c. Diese zeigen schematische Ansichten eines Steuerabschnitts 31, durch welchen eine bzw. zwei Bohrungen 4 verlaufen. Der Steuerabschnitt 31 weist eine Längserstreckungsrichtung Z auf, welche der lokalen magnetischen Hauptflussrichtung entspricht, sowie eine zu der Längserstreckungsrichtung Z orthogonale Quererstreckungsebene, welche durch die erste Quererstreckungsrichtung X und die zweite Quererstreckungsrichtung Y aufgespannt ist. Die Bohrungen 4 verlaufen im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung Y, wobei in jeder Quererstreckungsebene höchstens eine Bohrung 4 verläuft. Erfindungsgemäß ist der Abstand x1 einer Bohrung 4 zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X größer als ein Abstand x2 bzw. ein Abstand z1 der Bohrung 4 zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts 31 (1a und 1b), bzw. der Abstand x1 ist größer als der halbe Abstand d4 zu einer weiteren Bohrung 4 (1c).To illustrate the inventive arrangement of the holes in the control section as part of the transformer core are used first 1a until 1c . These show schematic views of a control section 31 through which one or two bores 4 run. The control section 31 has a direction of longitudinal extent Z, which corresponds to the local main magnetic flux direction, and a plane of transverse extent which is orthogonal to the direction of longitudinal extent Z and which is spanned by the first direction of transverse extent X and the second direction of transverse extent Y. The bores 4 run essentially along the second direction of transverse extent Y, with at most one bore 4 running in each plane of transverse extent. According to the invention, the distance x1 from a bore 4 to one of the two closest outer edges of the control section 31 in the first transverse direction X is greater than a distance x2 or a distance z1 from the bore 4 to another boundary of the control section 31 ( 1a and 1b) , or the distance x1 is greater than half the distance d4 to another hole 4 ( 1c ).

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist unter der magnetischen Hauptflussrichtung jeweils die lokale Hauptflussrichtung in einem betreffenden Transformatorkernsegment zu verstehen, wie 2 veranschaulicht. Darin ist beispielhaft ein U-förmiger Abschnitt eines Transformatorkerns 3 dargestellt, welcher einen horizontalen und zwei vertikale Segmente umfasst, deren Übergänge durch die gestrichelten Begrenzungslinien dargestellt sind. Einhergehend mit den unterschiedlichen Hauptflussrichtungen des magnetischen Flusses Φ', Φ'', Φ''' in den drei Transformatorkernsegmenten sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch die Längserstreckungsrichtung Z', Z'', Z''' sowie die Quererstreckungsrichtungen X', X'', X''' und Y', Y'', Y''' lokal unterschiedlich orientiert, wobei sich die erfindungsgemäßen Vorschriften betreffend die Anordnung der Bohrungen im Steuerabschnitt in Bezug auf das jeweils lokal gültige Koordinatensystem X, Y, Z des betreffenden Transformatorkernsegments beziehen.In the context of the present application, the main magnetic flux direction is to be understood in each case as the local main flux direction in a relevant transformer core segment, such as 2 illustrated. A U-shaped section of a transformer core 3 is shown therein by way of example, which comprises one horizontal and two vertical segments, the transitions of which are shown by the dashed boundary lines. Along with the different main flow directions of the magnetic flux Φ', Φ'', Φ''' in the three transformer core segments, the longitudinal direction Z', Z'', Z''' and the transverse directions X', X '', X''' and Y', Y'', Y''' are oriented locally differently, with the provisions of the invention relating to the arrangement of the bores in the control section in relation to the locally valid coordinate system X, Y, Z of the relevant relate transformer core segment.

Weiterhin zeigen die 3a bis 3c schematische Ansichten eines Steuerabschnitts 31 mit erfindungsgemäß angeordneten Bohrungen 4, durch welche jeweils die Steuerwicklung 5 verläuft, die im Falle der 5a jede Bohrung 4 nur einmal durchläuft und im Falle der 5b und 5c mehrfach durch jede Bohrung 4 verläuft. Bei Letzteren wird durch den Steuerstrom eine höhere Steuerdurchflutung erzeugt bzw. es ist ein geringerer Steuerstrom zur Erzeugung einer identischen Steuerdurchflutung vonnöten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Wicklungskonzepte der Steuerwicklung zur zweckmäßigen Beeinflussung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts des Transformatorkerns Verwendung finden.Furthermore, the 3a until 3c schematic views of a control section 31 with inventively arranged holes 4, through which each control winding 5 runs, which in the case of 5a each hole 4 passes through only once and in the case of 5b and 5c passes through each hole 4 several times. In the case of the latter, a higher control current is generated by the control current, or a lower control current is required to generate an identical control current. Within the scope of the present invention, different winding concepts of the control winding can be used to appropriately influence the pre-magnetization of the control section of the transformer core.

Zur Veranschaulichung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung sind in den 4, 5, 6 und 7a simulierte Verteilungen der magnetischen Flussdichte in stabförmigen Steuerabschnitten 31 von weichmagnetischen Transformatorkernen als Feldlinienbilder dargestellt, welche sich bei Bestromung der Steuerwicklung unter unterschiedlichen Anordnungen der Bohrungen 4 ergeben. Im jeweils linken Teilbild ist eine schematische Darstellung des zugrundeliegenden Modells gezeigt, d.h., der Lage der Bohrungen 4 im Steuerabschnitt 31, wobei die Lage jeweils systematisch variiert wird, worauf die in den weiteren Teilbildern dargestellten Verteilungen der magnetischen Flussdichte jeweils beruhen. Der Simulation liegt dabei eine feste Steuerdurchflutung durch die Bohrungen 4 zugrunde, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen des zugehörigen Transformators jeweils stromlos ist. Das Vorzeichen der Steuerdurchflutung jeder Bohrung 4 ist durch ein Punkt- bzw. Kreuzsymbol dargestellt.To illustrate the basic idea of the present invention are in the 4 , 5 , 6 and 7a simulated distributions of the magnetic flux density in rod-shaped rudders Sections 31 of soft-magnetic transformer cores are shown as field line images, which result when the control winding is energized with different arrangements of the holes 4 . A schematic representation of the underlying model is shown in the respective left partial image, ie the position of the bores 4 in the control section 31, the position being varied systematically in each case, on which the distributions of the magnetic flux density shown in the further partial images are based in each case. The simulation is based on a fixed control flux through the holes 4, with the primary and secondary windings of the associated transformer being currentless. The sign of the control flux of each bore 4 is represented by a dot or cross symbol.

In 4 wird eine systematische Variation des Abstandes der Bohrungen 4 zu den Außenrändern des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, d.h., eine Variation des Verhältnisses x2/x1 vorgenommen. Bei mittiger Anordnung der Bohrungen 4, d.h., bei x2/x1 = 1 resultiert eine symmetrische Flussdichteverteilung, welche einer entsprechenden Verteilung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 entspricht. Bei ausreichend hohem Steuerstrom wird die Vormagnetisierung in den Erstreckungsebenen der beiden Bohrungen 4 vollständig in die Sättigung getrieben, sodass der Steuerabschnitt 31 keinen weiteren magnetischen Fluss aus einer Bestromung einer Primärwicklung aufzunehmen vermag und somit die Magnetisierungsinduktivität des Transformators abgesenkt ist. Diese ausschließlich mittige Anordnung der Bohrungen 4 entspricht dem Virtual-Air-Gap Konzept nach dem Stand der Technik. Bei einer Verschiebung der Bohrungen 4 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, d.h., bei einer Verringerung des Verhältnisses x2/x1 bildet sich eine in den Quererstreckungsebenen X-Y asymmetrische Verteilung von magnetischer Flussdichte und Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 aus. Bei diesen außermittigen Anordnungen der Bohrungen 4 ist es mittels des Steuerstroms praktisch unmöglich, eine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung in der gesamten Quererstreckungsebene der jeweiligen Bohrung 4 zu erzeugen, da aufgrund der Quellenfreiheit der magnetischen Flussdichte die durch den Abstand x2 gegebene Engstelle den magnetischen Fluss limitiert. So ist bei x2/x1 = 0,33 die in den Steuerabschnitt 31 eingebrachte Flussdichte bereits wesentlich geringer als beispielsweise bei x2/x1 = 1, und im Extremfall x2=0 (in der Praxis wenig relevant) wird bei der zugrundeliegenden Steuerdurchflutung der Bohrungen 4 (nahezu) kein magnetischer Fluss in den Steuerabschnitt 31 eingebracht.In 4 a systematic variation of the distance between the bores 4 and the outer edges of the control section 31 in the first transverse direction X, ie a variation of the ratio x2/x1 is carried out. With a central arrangement of the bores 4, ie with x2/x1=1, a symmetrical flux density distribution results, which corresponds to a corresponding distribution of the pre-magnetization of the control section 31. If the control current is sufficiently high, the pre-magnetization in the extension planes of the two bores 4 is driven completely into saturation, so that the control section 31 cannot absorb any further magnetic flux from energizing a primary winding and the magnetization inductance of the transformer is thus reduced. This exclusively central arrangement of the bores 4 corresponds to the prior art virtual air gap concept. When the bores 4 are displaced in the first transverse direction X, ie when the ratio x2/x1 is reduced, an asymmetric distribution of magnetic flux density and premagnetization of the control section 31 is formed in the planes of transverse extent XY. With these eccentric arrangements of the bores 4, it is practically impossible to use the control current to generate complete saturation of the pre-magnetization in the entire transverse plane of the respective bore 4, since the bottleneck given by the distance x2 limits the magnetic flux due to the lack of sources of the magnetic flux density. At x2/x1 = 0.33, the flux density introduced into the control section 31 is already significantly lower than, for example, at x2/x1 = 1, and in the extreme case x2 = 0 (of little relevance in practice) in the underlying control flow of the bores 4 (Almost) no magnetic flux introduced into the control section 31 .

In 5 werden die Flussverteilungen bei einer Variation des Verhältnisses von Länge Bz zu Breite Bx des Steuerabschnitts 31, d.h., bei einer Variation des Verhältnisses z1/x1 dargestellt. Bei Anordnungen mit z1/x2 < 1 stellt der Abstand z1 zwischen der Bohrung 4 und dem Außenrand des Steuerabschnitts 31 eine den magnetischen Fluss begrenzende Engstelle dar, sodass in diesen Anordnungen mittels des Steuerstroms praktisch keine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 in der Quererstreckungsebene X-Y der Bohrung 4 erzeugbar ist.In 5 1 shows the flux distributions when the ratio of the length Bz to the width Bx of the control section 31 is varied, that is, when the ratio z1/x1 is varied. In arrangements with z1/x2 <1, the distance z1 between the bore 4 and the outer edge of the control section 31 represents a constriction that limits the magnetic flux, so that in these arrangements the control current does not result in the pre-magnetization of the control section 31 being completely saturated in the transverse plane XY the bore 4 can be generated.

6 zeigt die Verteilung der magnetischen Flussdichte im Steuerabschnitt 31 bei Variation des Abstandsverhältnisses x2/x1 der Bohrungen 4 zu den Außenrändern des Steuerabschnitts 31 in der ersten Quererstreckungsrichtung X, wobei die Bohrungen 4 in entgegengesetzte Richtungen versetzt werden und eine gleichsinnige Steuerdurchflutung aufweisen. Im Vergleich zum Beispiel der 4 ergeben sich in den Quererstreckungsebenen der Bohrungen 4 ähnliche Flussverteilungen, wohingegen der Bereich zwischen den Bohrungen 4 aufgrund der Unterschiede in der Orientierung der Steuerdurchflutung unterschiedlich vormagnetisiert wird. 6 shows the distribution of the magnetic flux density in the control section 31 when the distance ratio x2/x1 of the bores 4 to the outer edges of the control section 31 is varied in the first transverse direction X, the bores 4 being offset in opposite directions and having a control flux in the same direction. Compared to the example of 4 Similar flux distributions result in the transverse extension planes of the bores 4, whereas the area between the bores 4 is biased differently due to the differences in the orientation of the control flux.

7a zeigt die Verteilungen der magnetischen Flussdichte im Steuerabschnitt 31 unter Variation des Abstandes d4 in Längserstreckungsrichtung Z zwischen den beiden gegensinnig durchfluteten Bohrungen 4. Im Bereich zwischen den Bohrungen 4 kommt es zu einer konstruktiven Überlagerung der magnetischen Teilflüsse, sodass der Steuerabschnitt 31 dort als Erstes in einen Zustand vollständig gesättigter Vormagnetisierung überführt wird, womit abermals eine Begrenzung des magnetischen Flusses in den jeweiligen Quererstreckungsebenen X-Y der Bohrungen 4 einhergeht, sodass dort mittels des Steuerstroms im Wesentlichen keine vollständige Sättigung der Vormagnetisierung erzeugbar ist. 7a shows the distribution of the magnetic flux density in the control section 31 with variation of the distance d4 in the longitudinal direction Z between the two bores 4 through which the flow passes in opposite directions State of fully saturated pre-magnetization is transferred, which again limits the magnetic flux in the respective transverse planes XY of the bores 4, so that essentially no complete saturation of the pre-magnetization can be generated there by means of the control current.

7b zeigt zu den Simulationen der 7a gehörige Kennlinien des magnetischen Flusses Φ (in Einheiten des Sättigungsflusses Φsat) im Steuerabschnitt als Funktion einer magnetischer Spannung V, welche durch Bestromung einer um den Steuerabschnitt gewickelten Primärwicklung des Transformators erzeugt wird, bei konstanter Steuerdurchflutung Ξs der Steuerwicklung unter Variation des d4/x1-Verhältnisses gemäß der Darstellung der 7a. Bei d4/x1=0, d.h., bei einer Anordnung der Bohrungen, mittels welcher praktisch kein magnetischer Fluss über einen Steuerstrom in den Steuerabschnitt einbringbar ist, entspricht die Kennlinie Φ(V) einer gewöhnlichen Spule mit weichmagnetischem Kern. Bei Erhöhung des d4/x1-Verhältnisses, d.h., bei Vorliegen einer durch die Steuerdurchflutung Ξs bedingten Vormagnetisierung des Steuerabschnitts weisen die Kennlinien Φ(V) charakteristische Plateaus auf, welche Ummagnetisierungsprozesse der Vormagnetisierung aufgrund der anliegenden magnetischen Spannung V widerspiegeln. Je nach konkreter Anordnung der Bohrungen ist die Vormagnetisierung unterschiedlich ausgeprägt, sodass die Lage der Plateaus in den Φ(V) Kennlinien variiert. Auf dieser Erkenntnis beruht ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich eine zweckmäßige Ausgestaltung, d.h., insbesondere eine Linearisierung der Φ(V) Kennlinien mittels einer Kombination von Bohrungen in unterschiedlichen Anordnungen zur abschnittsweise unterschiedlich ausprägbaren Vormagnetisierung des Steuerabschnitts des Transformatorkerns. 7b shows to the simulations of 7a Corresponding characteristic curves of the magnetic flux Φ (in units of the saturation flux Φsat) in the control section as a function of a magnetic voltage V, which is generated by energizing a primary winding of the transformer wound around the control section, with constant control amperage Ξs of the control winding with variation of the d4/x1 ratio according to the representation of 7a . With d4/x1=0, ie with an arrangement of the bores by means of which practically no magnetic flux can be introduced into the control section via a control current, the characteristic curve Φ(V) corresponds to an ordinary coil with a soft-magnetic core. When the d4/x1 ratio is increased, ie when there is a pre-magnetization of the control section caused by the control flux Ξs, the characteristic curves Φ(V) have characteristic plateaus, which re-magnetization processes of the pre-magnet tization due to the applied magnetic voltage V reflect. Depending on the specific arrangement of the holes, the pre-magnetization is different, so that the position of the plateaus in the Φ(V) characteristic curves varies. An essential aspect of the present invention is based on this knowledge, namely an expedient design, ie in particular a linearization of the Φ(V) characteristics by means of a combination of bores in different arrangements for the premagnetization of the control section of the transformer core that can be differently defined in sections.

Dies zeigt beispielhaft 8a, in welcher die Ergebnisse einer Simulation zur Verteilung der magnetischen Flussdichte und der resultierenden Φ(V) Kennlinie basierend auf einem Steuerabschnitt 31 mit drei Paaren von Bohrungen 4 dargestellt sind, wobei die Paare unterschiedliche Abstände d4 in der Längserstreckungsrichtung Z zwischen den zugehörigen Bohrungen 4 aufweisen. In den Φ(V) Kennlinien bei Anliegen eines Steuerstroms Is als Gleichstrom zeigt sich eine Mehrzahl von Stufen entsprechend der Ummagnetisierungsprozesse um die einzelnen Bohrungen 4, und bei Erhöhung des Steuerstrom Is resultiert eine Verkippung der Kennlinien.This shows as an example 8a , in which the results of a simulation for the distribution of the magnetic flux density and the resulting Φ(V) characteristic based on a control section 31 with three pairs of bores 4 are shown, the pairs having different distances d4 in the direction of longitudinal extent Z between the associated bores 4 . In the Φ(V) characteristic curves when a control current Is is applied as direct current, a plurality of steps are evident corresponding to the magnetization reversal processes around the individual bores 4, and an increase in the control current Is results in a tilting of the characteristic curves.

In 8b sind die zugehörigen Kennlinien der Flussverkettung Ψ im Steuerabschnitt und der Magnetisierungsinduktivität L des Transformators über dem Strom I durch die Primärwicklung aufgetragen, wobei die Primärwicklung um den Steuerabschnitt gewickelt und die Sekundärwicklung stromlos ist. Hier zeigt sich nun die gewünschte Charakteristik, welche annäherungsweise dem Verhalten einer Spule mit einem Spulenkern mit mechanisch variierbarer Luftspaltbreite entspricht, d.h., eine Magnetisierungsinduktivität L, welche über den gesamten Arbeitsbereich näherungsweise konstant ist und sich mittels des Steuerstroms Is monoton und näherungsweise linear (Potenzfunktion mit einem Exponenten zwischen 1 und 2) über einen weiten Wertebereich variieren lässt. Ein besonderer erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, dass lediglich ein Gleichstrom als Steuerstrom Is zur Steuerung der Magnetisierungsinduktivität des Transformators notwendig ist.In 8b the associated characteristics of the flux linkage Ψ in the control section and the magnetizing inductance L of the transformer are plotted against the current I through the primary winding, with the primary winding wound around the control section and the secondary winding being currentless. Here the desired characteristic is shown, which approximately corresponds to the behavior of a coil with a coil core with a mechanically variable air gap width, i.e. a magnetizing inductance L, which is approximately constant over the entire working range and changes monotonically and approximately linearly by means of the control current Is (power function with an exponent between 1 and 2) can vary over a wide range of values. A particular advantage of the invention is that only a direct current is required as the control current Is to control the magnetizing inductance of the transformer.

Beispielsweise weist der Steuerabschnitt des erfindungsgemäßen Transformators wenigstens einen Luftspalt auf, welcher sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts erstreckt, wobei durch den Luftspalt eine Berandung des Steuerabschnitts gebildet ist. Der Steuerabschnitt kann somit aus einer Mehrzahl von durch Luftspalte getrennten Segmenten gebildet sein. Das Vorhalten von Luftspalten dient der „statischen“ Beeinflussung der Magnetisierungsinduktivität des Transformators.For example, the control section of the transformer according to the invention has at least one air gap, which extends in a transverse plane of extension of the control section, with a boundary of the control section being formed by the air gap. The control section can thus be formed from a plurality of segments separated by air gaps. The provision of air gaps is used to "statically" influence the magnetizing inductance of the transformer.

Wie bereits beispielhaft anhand der 8a dargestellt, weist der Steuerabschnitt beispielsweise eine Mehrzahl von Paaren von Bohrungen auf, wobei die Paare unterschiedliche Abstände zwischen den zugehörigen Bohrungen aufweisen. Weiterhin können die Bohrungen beispielsweise unterschiedliche Abstände zu einem Außenrand des Steuerabschnitts in der ersten Quererstreckungsrichtung aufweisen. Dadurch sind unterschiedlich dimensionierte Engstellen für den magnetischen Fluss in den Quererstreckungsebenen der Bohrungen angelegt, woraus die gewünschte Quasi-Linearisierung der Kennlinien des magnetischen Flusses als Funktion der magnetischen Spannung resultiert.As already exemplified by the 8a shown, the control section has, for example, a plurality of pairs of bores, the pairs having different distances between the associated bores. Furthermore, the bores can, for example, have different distances from an outer edge of the control section in the first direction of transverse extent. As a result, constrictions of different dimensions are created for the magnetic flux in the transverse planes of the bores, which results in the desired quasi-linearization of the characteristics of the magnetic flux as a function of the magnetic voltage.

Beispielsweise kann wenigstens eine der Bohrungen als ein Langloch ausgebildet sein. Ein Langloch kann eine größere Anzahl an Windungen der Steuerwicklung aufnehmen, sodass eine höhere Steuerdurchflutung erzielbar ist.For example, at least one of the bores can be designed as an elongated hole. A slot can accommodate a larger number of turns of the control winding, so that a higher control amperage can be achieved.

In einer speziellen Ausführungsform weist der Steuerabschnitt eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten auf, welche durch Luftspalte voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment wenigstens eine Bohrung aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente insbesondere unterschiedliche Abmessungen in der Längserstreckungsrichtung relativ zur Abmessung in der ersten Quererstreckungsrichtung aufweisen.In a special embodiment, the control section has a plurality of control section segments, which are separated from one another by air gaps, each control section segment having at least one bore, the control section segments in particular having different dimensions in the longitudinal direction relative to the dimension in the first transverse direction.

Beispielsweise sind wenigstens eine Primärwicklung und/oder wenigstens eine Sekundärwicklung um den Steuerabschnitt des Transformatorkerns gewickelt. Alternativ kann ein erfindungsgemäßer Transformator derart ausgebildet sein, dass weder eine Primärwicklung noch eine Sekundärwicklung um den Steuerabschnitt des Transformatorkerns gewickelt sind. In letzterer Ausführungsform ist insbesondere das Ausmaß der Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung durch den Steuerstrom beeinflussbar.For example, at least one primary winding and/or at least one secondary winding is wound around the control section of the transformer core. Alternatively, a transformer according to the invention can be designed in such a way that neither a primary winding nor a secondary winding is wound around the control section of the transformer core. In the latter embodiment, in particular the extent of the coupling between the primary and secondary windings can be influenced by the control current.

Weiterhin kann der erfindungsgemäße Transformator mehrphasig ausgebildet sein, wobei der Transformator mehrere Steuerabschnitte umfasst, die jeweils einer Phase eines Mehrphasenwechselstroms zugeordnet sind.Furthermore, the transformer according to the invention can be of multi-phase design, with the transformer comprising a plurality of control sections which are each assigned to one phase of a multi-phase alternating current.

Beispielsweise umfasst der erfindungsgemäße Transformator eine Gleichstromquelle und eine zugehörige Steuerung, mittels welchen der Steuerstrom zur Erzeugung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts in die Steuerwicklung einbringbar ist.For example, the transformer according to the invention comprises a direct current source and an associated controller, by means of which the control current for generating the pre-magnetization of the control section can be introduced into the control winding.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines Transformators gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen, wobei ein Steuerstrom in die Steuerwicklung eingebracht wird, welcher eine derartige Vormagnetisierung in dem Steuerabschnitt des Transformatorkerns erzeugt, dass eine gewünschte Magnetisierungsinduktivität des Transformators und/oder ein gewünschtes Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen der wenigstens einen Primärwicklung und der wenigstens einen Sekundärwicklung eingestellt werden. Dabei wird der Steuerstrom beispielsweise durch eine Gleichstromquelle erzeugt.The invention also relates to a method for controlling a transformer according to one of the aforementioned embodiments, a control current being introduced into the control winding, which generates such a bias in the control section of the transformer core that a desired magnetizing inductance of the transformer and/or a desired voltage transformation ratio between the at least one primary winding and the at least one secondary winding are set. In this case, the control current is generated, for example, by a direct current source.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein durch eine Primärwicklung des Transformators fließender Strom als ein gepulster Gleichstrom ausgebildet ist, welcher nach dem Durchlaufen der Primärwicklung die Steuerwicklung durchläuft, wodurch der Steuerstrom gebildet wird. Der gepulste Gleichstrom weist einen Gleich- und einen Wechselstromanteil auf, wobei der Wechselstromanteil gegenüber dem Gleichstromanteil vorzugsweise deutlich kleiner ist, beispielsweise ein Drittel des Gleichstromanteils beträgt. In dieser Ausführungsform wird folglich die Magnetisierungsinduktivität des Transformators durch den in der Primärwicklung geführten Strom bestimmt.In one embodiment of the method, a current flowing through a primary winding of the transformer is in the form of a pulsed direct current which, after passing through the primary winding, passes through the control winding, as a result of which the control current is formed. The pulsed direct current has a direct and an alternating current component, the alternating current component being preferably significantly smaller than the direct current component, for example being one third of the direct current component. In this embodiment, consequently, the magnetizing inductance of the transformer is determined by the current carried in the primary winding.

Sofern der durch die Primärwicklung fließende Strom als ein Mischstrom ausgebildet ist, können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Gleichstromanteil und der Wechselstromanteil des Mischstroms voneinander getrennt werden, wobei der Steuerstrom durch den Gleichstromanteil gebildet wird. Die Trennung in Gleichstrom- und Wechselstromanteile kann beispielsweise mittels einer Primärwicklung vorgenommen werden, welche zwei parallele Wicklungen umfasst, von denen eine aus einem Litzenbündel und die andere aus einem niederohmigen Volldraht oder einem sonstigen massiven Leiter, z.B. mit Rechteckprofil, ausgebildet ist, sodass der Wechselstromanteil durch das Litzenbündel und der Gleichstromanteil durch den massiven Leiter verläuft, wobei der Gleichstromanteil anschließend noch die Steuerwicklung als Steuerstrom durchläuft.If the current flowing through the primary winding is in the form of a mixed current, the direct current component and the alternating current component of the mixed current can be separated from one another within the scope of the method according to the invention, with the control current being formed by the direct current component. The separation into direct current and alternating current components can be carried out, for example, by means of a primary winding, which comprises two parallel windings, one of which consists of a stranded wire bundle and the other of a low-resistance solid wire or another solid conductor, e.g. with a rectangular profile, so that the alternating current component through the stranded wire bundle and the direct current component runs through the solid conductor, with the direct current component then running through the control winding as control current.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Steuerstrom zudem aus einer Kombination eines von einer Gleichstromquelle gelieferten Anteils und eines Anteils aus dem zu begrenzenden Strom gebildet werden. Dazu können beispielsweise zwei separate Steuerwicklungen vorgesehen sein.In the context of the method according to the invention, the control current can also be formed from a combination of a component supplied by a direct current source and a component from the current to be limited. Two separate control windings can be provided for this purpose, for example.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNGEXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below with the description of exemplary embodiments of the invention using figures.

Die 9, 10a, 11, 12, 13a, 14, 15, 16a, 17, 18, 19 und 20a zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Transformatoren 100 in schematischer Querschnittsansicht. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren die Steuerwicklungen jeweils nicht dargestellt. Entsprechend der vorhergehenden Beschreibung verlaufen die Steuerwicklungen jeweils durch die Bohrungen 4 im Steuerabschnitt 31. Die Anordnung der Bohrungen 4 entspricht jeweils der technischen Lehre des Anspruchs 1. Bis auf das Ausführungsbeispiel der 17 weisen die dargestellten Transformatorkerne 3 als Schenkel bezeichnete Abschnitte auf, die in den Figuren vertikal verlaufen, sowie als Joche bezeichnete Abschnitte, die horizontal verlaufen. Die Gesamtheit von Schenkeln und Jochen bildet den Transformatorkern und somit den Magnetkreis.The 9 , 10a , 11 , 12 , 13a , 14 , 15 , 16a , 17 , 18 , 19 and 20a show different exemplary embodiments of transformers 100 according to the invention in a schematic cross-sectional view. For the sake of clarity, the control windings are not shown in each of the figures. According to the previous description, the control windings each run through the bores 4 in the control section 31. The arrangement of the bores 4 corresponds to the technical teaching of claim 1. Except for the exemplary embodiment of FIG 17 the illustrated transformer cores 3 have sections, referred to as legs, which run vertically in the figures, and sections, referred to as yokes, which run horizontally. The totality of legs and yokes forms the transformer core and thus the magnetic circuit.

9 zeigt einen Transformator 100 mit einem Transformatorkern 3, welcher zwei Schenkel und zwei Joche (Aufbau aus zwei U-Kernen) aufweist, wobei das in der Darstellung oben liegende Joch den Steuerabschnitt 31 mit sechs Bohrungen 4 bildet. Die Längserstreckungsrichtung Z des Steuerabschnitts 31 entspricht der magnetischen Hauptflussrichtung durch das Joch, und die Bohrungen 4 verlaufen senkrecht zur Bildebene der 9, d.h., senkrecht zur ersten Quererstreckungsrichtung X und zur Längserstreckungsrichtung Z. Die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2 sind hier beispielhaft um je einen Schenkel des Transformatorkerns 3 gewickelt. 9 shows a transformer 100 with a transformer core 3, which has two legs and two yokes (construction of two U-cores), the yoke lying on top in the illustration forming the control section 31 with six bores 4. The direction of longitudinal extent Z of the control section 31 corresponds to the main direction of magnetic flow through the yoke, and the bores 4 run perpendicularly to the plane of the drawing 9 , ie, perpendicular to the first direction of transverse extension X and to the direction of longitudinal extension Z. The primary winding 1 and the secondary winding 2 are wound here by way of example around one limb of the transformer core 3 .

10a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel (links) und einem zweiten Außenschenkel (rechts) ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 mit den Bohrungen 4 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den zweiten Außenschenkel gewickelt ist. 10a shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb (left) and a second outer limb (right), the middle limb forming the control section 31 with the bores 4, with a primary winding 1 around the middle limb and the second outer leg, and wherein a secondary winding 2 is wound around the second outer leg.

10b zeigt simulierte Verteilungen der magnetischen Flussdichte im Transformatorkern 3 eines Transformators gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10a, wobei die Primärwicklung 1 stromführend und die Sekundärwicklung 2 stromlos ist, und wobei durch die Steuerwicklung in den Bohrungen des Steuerabschnitts (Mittelschenkel) in jedem Teilbild ein unterschiedlicher Steuerstrom Is fließt. Im linken Teilbild ist die Steuerwicklung stromlos und der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 kann den Mittelschenkel im Wesentlichen frei durchlaufen. Im mittleren Teilbild ist der Steuerstrom Is so groß gewählt, dass eine Vormagnetisierung des Mittelschenkels erfolgt, jedoch ohne dass die Magnetisierung lokal gesättigt wird. Der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 kann den Mittelschenkel deshalb noch in eingeschränktem Maße durchlaufen. Im rechten Teilbild hingegen führt der Steuerstrom Is zu einer lokalen Sättigung der Magnetisierung des Mittelschenkels im Bereich der Bohrungen, sodass der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 im Mittelschenkel nicht aufgenommen werden kann. Mit steigendem Steuerstrom Is, d.h., mit steigender Vormagnetisierung des den Steuerabschnitt bildenden Mittelschenkels, wird der magnetische Fluss der Primärwicklung 1 zunehmend durch den zweiten Außenschenkel und somit durch die Sekundärwicklung 2 geleitet. 10b shows simulated distributions of the magnetic flux density in the transformer core 3 of a transformer according to the embodiment of FIG 10a , where the primary winding 1 is live and the secondary winding 2 is dead, and where a different control current Is flows through the control winding in the bores of the control section (middle leg) in each field. In the left part of the figure, the control winding is de-energized and the magnetic flux of the primary winding 1 can essentially freely pass through the middle leg. In the middle part of the picture, the control current Is is chosen so large that the middle leg is pre-magnetized, but without the magnetization being locally saturated. The magnetic flux of the primary winding 1 can therefore still pass through the middle leg to a limited extent. On the other hand, in the right part of the figure, the control current Is leads to a local saturation of the magnetization of the middle leg in the area of the bores, so that the magnetic flux of the primary winding 1 cannot be absorbed in the middle leg. With increasing control current Is, ie with increasing pre-magnetization of the middle leg forming the control section, the magnetic flux of primary winding 1 is increasingly conducted through the second outer leg and thus through secondary winding 2 .

Zum Ausführungsbeispiel der 10a zeigt 10c das zugehörige Spannungsübersetzungsverhältnis, d.h., den Quotienten aus Primärwicklungsspannung U1 zur induzierten Sekundärwicklungsspannung U2, als Funktion des Steuerstroms Is. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der die Steuerwicklung aufnehmenden Bohrungen im Steuerabschnitt liegt eine zum Zwecke der Steuerung geeignete und zumindest bereichsweise lineare Charakteristik vor.For the embodiment of 10a shows 10c the associated voltage transformation ratio, i.e. the quotient of the primary winding voltage U1 to the induced secondary winding voltage U2, as a function of the control current Is. Due to the arrangement according to the invention of the bores in the control section that accommodate the control winding, there is a characteristic that is suitable for the purpose of control and is at least partially linear.

11 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine erste Sekundärwicklung 2a um den zweiten Außenschenkel und eine zweite Sekundärwicklung 2b um den Mittelschenkel gewickelt ist. 11 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, with the middle limb forming the control section 31, with a primary winding 1 being wound around the middle limb and the second outer limb, and with a first secondary winding 2a is wound around the second outer leg and a second secondary winding 2b is wound around the middle leg.

12 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt ist. 12 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, the middle limb forming the control section 31, a primary winding 1 being wound around the first outer limb, and a secondary winding 2 around wrapped around the middle thigh.

13a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 und eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt sind. Ein zugehöriges Ersatzschaltbild zeigt die 13b. Die Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 ist mittels des Steuerstroms steuerbar, sodass eine variable Magnetisierungsinduktivität Lvar parallel zur Hauptinduktivität LH resultiert und somit der Magnetisierungsstrom des Transformators 100 steuerbar ist. 13a Fig. 11 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is formed as a sheathed core with a center leg, the center leg constituting the control section 31, a primary winding 1 and a secondary winding 2 being wound around the center leg. A corresponding equivalent circuit diagram shows the 13b . The bias of the control section 31 can be controlled by means of the control current, so that a variable magnetization inductance Lvar results in parallel with the main inductance LH and the magnetization current of the transformer 100 can therefore be controlled.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Transformatoren 100 in Mantelkernbauweise zeigen die 14 und 15, worin Luftspalte 30, die sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts 31 erstrecken, zu einer Verringerung der Magnetisierungsinduktivität führen. In 15 weist der Steuerabschnitt 31 eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten aufweist, welche durch Luftspalte 30 voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment eine Bohrung 4 aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente teils unterschiedliche Abmessungen in der Längserstreckungsrichtung Z relativ zur Abmessung in der ersten Quererstreckungsrichtung X aufweisen. Die Bohrung 4 im mittleren Segment ist als ein Langloch ausgebildet, wodurch eine höhere Steuerdurchflutung möglich ist.Two further exemplary embodiments of transformers 100 according to the invention in a jacket-core design are shown in FIG 14 and 15 , wherein air gaps 30, which extend in a transverse plane of the control section 31, lead to a reduction in the magnetizing inductance. In 15 For example, the control section 31 has a plurality of control section segments, which are separated from one another by air gaps 30, each control section segment having a bore 4, the control section segments sometimes having different dimensions in the longitudinal direction Z relative to the dimension in the first transverse direction X. The bore 4 in the middle segment is designed as an elongated hole, which means that a higher control flow is possible.

16a zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der zweite Außenschenkel den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine Primärwicklung 1 um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel gewickelt ist. 16b zeigt ein zugehöriges Ersatzschaltbild. In dieser Konfiguration dient die Variation der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts 31 mittels eines Steuerstroms vorwiegend der Steuerung der Kopplung zwischen der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Steuerabschnitt 31 einen zusätzlichen Luftspalt aufweisen, um die Kopplung der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2 im nicht durch einen Steuerstrom vormagnetisierten Zustand zu erhöhen bzw. auf einen Startwert vorzugeben. 16a shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, with the second outer limb forming the control section 31, with a primary winding 1 being wound around the first outer limb, and with a secondary winding 2 wrapped around the mid-thigh. 16b shows an associated equivalent circuit diagram. In this configuration, the variation of the pre-magnetization of the control section 31 by means of a control current serves primarily to control the coupling between the primary winding 1 and the secondary winding 2. In a further embodiment, not shown here, the control section 31 can have an additional air gap in order to prevent the coupling of the primary winding 1 and the secondary winding 2 in the non-premagnetized state by a control current or to specify a starting value.

Im Ausführungsbeispiel der 17 ist der Transformatorkern 3 ringförmig ausgebildet, wobei der gesamte Transformatorkern 3 den Steuerabschnitt 31 bildet, und wobei die Bohrungen 4 in radialer Richtung als zweiter Quererstreckungsrichtung Y', Y'' durch den Steuerabschnitt 31 verlaufen. Die Hauptflussrichtung des magnetischen Flusses Φ entsprechend der lokalen Längserstreckungsrichtung Z des Steuerabschnitts 31 verläuft hier kreisförm ig.In the embodiment of 17 the transformer core 3 is ring-shaped, with the entire transformer core 3 forming the control section 31, and with the bores 4 running through the control section 31 in the radial direction as the second transverse direction Y′, Y″. The main direction of flow of the magnetic flux Φ corresponding to the local direction of longitudinal extent Z of the control section 31 is circular here.

18 zeigt einen Transformator 100, dessen Transformatorkern 3 als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel und einem Mitteljoch ausgebildet ist, wobei das Mitteljoch den Steuerabschnitt 31 bildet, wobei eine zweiteilige Primärwicklung 1.1, 1.2 und eine zweiteilige Sekundärwicklung 2.1, 2.2 um den Mittelschenkel gewickelt sind. 18 shows a transformer 100, the transformer core 3 of which is designed as a mantle core with a center leg and a center yoke, the center yoke forming the control section 31, with a two-part primary winding 1.1, 1.2 and a two-part secondary winding 2.1, 2.2 being wound around the center leg.

Der Transformator 100 im Ausführungsbeispiel der 19 ist dreiphasig ausgebildet, wobei der Transformatorkern 3 als ein Sechsschenkelkern ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel, der dritte Schenkel und der fünfte Schenkel jeweils einen Steuerabschnitt 31.p1, 31.p2, 31.p3 bilden, wobei

• - eine Primärwicklung 1.p1 der ersten Phase um den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p1 der ersten Phase um den zweiten Schenkel gewickelt ist, und
• - eine Primärwicklung 1.p2 der zweiten Phase um den dritten Schenkel und den vierten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p2 der zweiten Phase um den vierten Schenkel gewickelt ist, und
• - eine Primärwicklung 1.p3 der dritten Phase um den fünften Schenkel und den sechsten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung 2.p3 der dritten Phase um den sechsten Schenkel gewickelt ist.

The transformer 100 in the embodiment of 19 is formed three-phase, wherein the transformer core 3 is formed as a six-leg core, wherein the first leg, the third Legs and the fifth leg each form a control section 31.p1, 31.p2, 31.p3, where

• - a primary winding 1.p1 of the first phase is wound around the first leg and the second leg, and a secondary winding 2.p1 of the first phase is wound around the second leg, and
• - a primary winding 1.p2 of the second phase is wound around the third leg and the fourth leg, and a secondary winding 2.p2 of the second phase is wound around the fourth leg, and
• - a primary winding 1.p3 of the third phase is wound around the fifth leg and the sixth leg, and a secondary winding 2.p3 of the third phase is wound around the sixth leg.

20 a zeigt einen Transformator 100 mit einem Transformatorkern 3 aus einer Kombination aus einem Mantelkernabschnitt (unten) und einem daran angeordneten E-Kern-Abschnitt (oben), wobei der Mittelschenkel des E-Kern-Abschnitts den Steuerabschnitt 31 bildet und durch einen Luftspalt 30 vom Mantelkernabschnitt getrennt ist, wobei eine erste Teilwicklung 1.1 der Primärwicklung um den Steuerabschnitt 31 gewickelt ist, und wobei eine zweite Teilwicklung 1.2 der Primärwicklung und eine Sekundärwicklung 2 um den Mittelschenkel des Mantelkernabschnitts gewickelt sind. 20b zeigt ein zugehöriges Ersatzschaltbild, aus welchem hervorgeht, dass in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Steuerstroms und der sich daraus ergebenden Vormagnetisierung im Steuerabschnitt 31 insbesondere die Streuinduktivität L_σ1 der Primärwicklung variierbar ist. 20 a shows a transformer 100 with a transformer core 3 from a combination of a sheathed core section (bottom) and an E-core section (top) arranged thereon, with the center leg of the E-core section forming the control section 31 and separated by an air gap 30 from the sheathed core section is separated, wherein a first partial winding 1.1 of the primary winding is wound around the control section 31, and wherein a second partial winding 1.2 of the primary winding and a secondary winding 2 are wound around the middle leg of the sheathed core section. 20b 12 shows an associated equivalent circuit diagram, from which it emerges that in this exemplary embodiment, in particular the leakage inductance L _σ1 of the primary winding can be varied by means of the control current and the resulting premagnetization in the control section 31 .

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The implementation of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details or spatial arrangements, can be essential to the invention both on their own and in a wide variety of combinations.

Figurenlistecharacter list

• 1a - 1c: schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Anordnung der Bohrungen, 1a - 1c : schematic representations of the arrangement of the holes according to the invention,
• 2: schematische Darstellung zur Illustration der Richtungsbezeichnungen, 2 : schematic representation to illustrate the direction designations,
• 3a - 3c: schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Steuerwicklungen, 3a - 3c : schematic representations of the control windings according to the invention,
• 4: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung, 4 : simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement,
• 5: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Geometrie, 5 : simulated flux density distributions in a control section with variation of the geometry,
• 6: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung, 6 : simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement,
• 7a: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung, 7a : simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement,
• 7b: Kennlinien zu 7a, 7b : characteristics too 7a ,
• 8a: simulierte Flussdichteverteilungen in einem Steuerabschnitt bei Variation der Bohrungsanordnung und zugehörige Kennlinien, 8a : simulated flux density distributions in a control section with variation of the bore arrangement and associated characteristic curves,
• 8b: Kennlinien zu 8a, 8b : characteristics too 8a ,
• 9 erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 9 first embodiment of a transformer according to the invention,
• 10a: zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 10a : second embodiment of a transformer according to the invention,
• 10b simulierte Flussdichteverteilungen im Transformator der 10a bei Variation des Steuerstroms, 10b simulated flux density distributions in the transformer 10a with variation of the control current,
• 10c Kennlinie des Transformators der 10a, 10c characteristic of the transformer 10a ,
• 11: drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 11 : third exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 12: viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 12 : fourth exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 13a: fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 13a : fifth exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 13b Ersatzschaltbild des Transformators der 13a, 13b Equivalent circuit of the transformer 13a ,
• 14: sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 14 : sixth exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 15: siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 15 : seventh exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 16a: achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 16a : eighth exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 16b: Ersatzschaltbild des Transformators der 16a, 16b : Equivalent circuit diagram of the transformer 16a ,
• 17: neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 17 : ninth exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 18 zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 18 tenth embodiment of a transformer according to the invention,
• 19: elftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, 19 : eleventh exemplary embodiment of a transformer according to the invention,
• 20a: zwölf Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators, und 20a : twelve exemplary embodiments of a transformer according to the invention, and
• 20b: Ersatzschaltbild des Transformators der 20a. 20b : Equivalent circuit diagram of the transformer 20a .

BezugszeichenlisteReference List

100100

Transformatortransformer

11

Primärwicklungprimary winding

1.1, 1.21.1, 1.2

Teilwicklung einer Primärwicklungpart winding of a primary winding

1.p1, 1.p2, 1.p31.p1, 1.p2, 1.p3

Phase einer Primärwicklungphase of a primary winding

2, 2a, 2b2, 2a, 2b

Sekundärwicklungsecondary winding

2.1, 2.22.1, 2.2

Teilwicklung einer Sekundärwicklungpart winding of a secondary winding

2.p1, 2.p2, 2.p32.p1, 2.p2, 2.p3

Phase einer Sekundärwicklungphase of a secondary winding

33

Transformatorkerntransformer core

3030

Luftspaltair gap

3131

Steuerabschnittcontrol section

44

Bohrungdrilling

55

Steuerwicklungcontrol winding

XX

erste Quererstreckungsrichtungfirst transverse direction

YY

zweite Quererstreckungsrichtungsecond transverse direction

ZZ

Längserstreckungsrichtunglongitudinal direction

x1, x2, z1x1, x2, z1

Abstand zu Berandungdistance to boundary

d4d4

Abstand zwischen Bohrungendistance between holes

Bxbx

Abmessung QuererstreckungDimension transverse extension

Bzeg

Abmessung LängserstreckungLongitudinal dimension

Isis

Steuerstromcontrol current

ΞsΞs

Steuerdurchflutungtax flux

ΦΦ

magnetischer Flussmagnetic river

ΨΨ

Flussverkettungflux linkage

VV

magnetische Spannungmagnetic tension

Lσ1, Lσ2Lσ1, Lσ2

Streuinduktivitätleakage inductance

LvarLvar

variable Magnetisierungsinduktivitätvariable magnetizing inductance

LHLH

Hauptinduktivitätmain inductance

RR

elektrischer Widerstandelectrical resistance

N1, N2N1, N2

Windungsanzahlnumber of turns

U1, U2U1, U2

elektrische Spannungelectrical voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• EP 2686931 B1 [0006]EP 2686931 B1 [0006]

Claims (23)

Steuerbarer Transformator (100), wenigstens umfassend eine Primärwicklung (1), eine Sekundärwicklung (2) und einen magnetischen Transformatorkern (3), wobei der Transformatorkern (3) wenigstens einen Steuerabschnitt (31) mit wenigstens drei Bohrungen (4) aufweist, wobei der Steuerabschnitt (31) eine Längserstreckungsrichtung (Z) entsprechend der magnetischen Hauptflussrichtung, eine erste Quererstreckungsrichtung (X) und eine zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufweist, wobei die drei Erstreckungsrichtungen (X, Y, Z) paarweise senkrecht zueinander orientiert sind, und wobei - die Bohrungen (4) im Wesentlichen entlang der zweiten Quererstreckungsrichtung (Y) verlaufen, - in jeder Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31), welche durch die erste Quererstreckungsrichtung (X) und die zweite Quererstreckungsrichtung (Y) aufgespannt ist, höchstens eine Bohrung (4) verläuft, und - ein Abstand (x1) wenigstens einer Bohrung (4) zu einem der beiden nächstliegenden Außenränder des Steuerabschnitts (31) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) größer ist als ◯ ein Abstand (x2, z1) der Bohrung (4) zu einer weiteren Berandung des Steuerabschnitts (31), und/oder o die Hälfte eines Abstands (d4) zu einer weiteren Bohrung (4), wobei eine Steuerwicklung (5) durch die Bohrungen (4) verläuft, derart, dass mittels eines Steuerstroms (Is) durch die Steuerwicklung (5) eine Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31) erzeugbar ist.Controllable transformer (100), at least comprising a primary winding (1), a secondary winding (2) and a magnetic transformer core (3), the transformer core (3) having at least one control section (31) with at least three bores (4), the Control section (31) has a longitudinal direction (Z) corresponding to the main magnetic flux direction, a first transverse direction (X) and a second transverse direction (Y), wherein the three directions (X, Y, Z) are oriented in pairs perpendicular to one another, and wherein - the bores (4) essentially run along the second transverse direction (Y), - in each plane of transverse extent of the control section (31), which is spanned by the first direction of transverse extent (X) and the second direction of transverse extent (Y), at most one bore (4) runs, and - A distance (x1) of at least one bore (4) from one of the two closest outer edges of the control section (31) in the first transverse direction (X) is greater than ◯ a distance (x2, z1) of the bore (4) to a further boundary of the control section (31), and/or o half of a distance (d4) to a further bore (4), with a control winding (5) running through the bores (4) in such a way that a control current (Is) through the control winding (5) pre-magnetizes the control section ( 31) can be generated. Transformator (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (31) wenigstens einen Luftspalt (30) aufweist, welcher sich in einer Quererstreckungsebene des Steuerabschnitts (31) erstreckt, wobei durch den Luftspalt (30) eine Berandung des Steuerabschnitts (31) gebildet ist.Transformer (100) after claim 1 , characterized in that the control section (31) has at least one air gap (30) which extends in a plane of transverse extent of the control section (31), a boundary of the control section (31) being formed by the air gap (30). Transformator (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (31) eine Mehrzahl von Paaren von Bohrungen (4) aufweist, wobei die Paare unterschiedliche Abstände (d4) zwischen den zugehörigen Bohrungen (4) aufweisen.Transformer (100) after claim 1 or 2 , characterized in that the control section (31) has a plurality of pairs of bores (4), the pairs having different distances (d4) between the associated bores (4). Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (4) unterschiedliche Abstände (x1) zu einem Außenrand des Steuerabschnitts (31) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) aufweisen.Transformer (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the bores (4) have different distances (x1) to an outer edge of the control section (31) in the first transverse direction (X). Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Bohrungen (4) als ein Langloch ausgebildet ist.Transformer (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the bores (4) is designed as an elongated hole. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (31) eine Mehrzahl von Steuerabschnittssegmenten aufweist, welche durch Luftspalte (30) voneinander getrennt sind, wobei jedes Steuerabschnittssegment wenigstens eine Bohrung (4) aufweist, wobei die Steuerabschnittssegmente insbesondere unterschiedliche Abmessungen (Bz) in der Längserstreckungsrichtung (Z) relativ zur Abmessung (Bx) in der ersten Quererstreckungsrichtung (X) aufweisen.Transformer (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the control section (31) has a plurality of control section segments which are separated from one another by air gaps (30), each control section segment having at least one bore (4), the control section segments in particular have different dimensions (Bz) in the longitudinal direction (Z) relative to the dimension (Bx) in the first transverse direction (X). Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Primärwicklung (1) und/oder wenigstens eine Sekundärwicklung (2) um den Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) gewickelt sind.Transformer (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one primary winding (1) and/or at least one secondary winding (2) is wound around the control section (31) of the transformer core (3). Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weder eine Primärwicklung (1) noch eine Sekundärwicklung (2) um den Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) gewickelt sind.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that neither a primary winding (1) nor a secondary winding (2) are wound around the control section (31) of the transformer core (3). Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (100) mehrphasig ausgebildet, wobei der Transformator (3) mehrere Steuerabschnitte (31.p1, 31.p2, 31.p3) umfasst, die jeweils einer Phase eines Mehrphasenwechselstroms zugeordnet sind.Transformer (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transformer (100) formed multi-phase, wherein the transformer (3) comprises a plurality of control sections (31.p1, 31.p2, 31.p3), each of a phase of a Polyphase alternating current are assigned. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den Mittelschenkel und den zweiten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2, 2a) um den zweiten Außenschenkel gewickelt ist.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, the middle limb forming the control section (31), a primary winding (1) around the middle limb and the second outer limb is wound, and wherein a secondary winding (2, 2a) is wound around the second outer leg. Transformator (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Sekundärwicklung (2b) um den Mittelschenkel gewickelt ist.Transformer (100) after claim 10 , characterized in that a second secondary winding (2b) is wound around the central leg. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel gewickelt ist.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, the middle limb forming the control section (31), a primary winding (1) being wound around the first outer limb, and where one Secondary winding (2) is wrapped around the center leg. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) und wenigstens eine Sekundärwicklung (2, 2a, 2b) um den Mittelschenkel gewickelt sind.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a mantle core with a middle leg, the middle leg forming the control section (31), a primary winding (1) and at least one secondary winding (2, 2a, 2b) being wound around the middle leg are. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Dreischenkelkern mit einem Mittelschenkel, einem ersten Außenschenkel und einem zweiten Außenschenkel ausgebildet ist, wobei der zweite Außenschenkel den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei eine Primärwicklung (1) um den ersten Außenschenkel gewickelt ist, und wobei eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel gewickelt ist.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a three-limb core with a middle limb, a first outer limb and a second outer limb, the second outer limb forming the control section (31), a primary winding (1) being wound around the first outer limb , and wherein a secondary winding (2) is wound around the center leg. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) ringförmig ausgebildet ist, wobei der gesamte Transformatorkern (3) oder ein Abschnitt davon den Steuerabschnitt (31) bildet, und wobei die Bohrungen (4) in radialer oder in axialer Richtung durch den Steuerabschnitt (3) verlaufen.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is ring-shaped, with the entire transformer core (3) or a section thereof forming the control section (31), and with the bores (4) running through the control section (3 ) get lost. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als ein Mantelkern mit einem Mittelschenkel und einem Mitteljoch ausgebildet ist, wobei das Mitteljoch den Steuerabschnitt (31) bildet, wobei wenigstens eine Primärwicklung (1.1, 1.2) und wenigstens eine Sekundärwicklung (2.1, 2.2) um den Mittelschenkel gewickelt sind.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a mantle core with a central limb and a central yoke, the central yoke forming the control section (31), with at least one primary winding (1.1, 1.2) and at least one secondary winding (2.1, 2.2) wrapped around the mid-thigh. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (100) dreiphasig ausgebildet ist, wobei der Transformatorkern (3) als ein Sechsschenkelkern ausgebildet ist, wobei der erste Schenkel, der dritte Schenkel und der fünfte Schenkel jeweils einen Steuerabschnitt (31.p1, 31.p2, 31.p3) bilden, wobei - eine Primärwicklung (1.p1) der ersten Phase um den ersten Schenkel und den zweiten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p1) der ersten Phase um den zweiten Schenkel gewickelt ist, und - eine Primärwicklung (1.p2) der zweiten Phase um den dritten Schenkel und den vierten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p2) der zweiten Phase um den vierten Schenkel gewickelt ist, und - eine Primärwicklung (1.p3) der dritten Phase um den fünften Schenkel und den sechsten Schenkel gewickelt ist, und eine Sekundärwicklung (2.p3) der dritten Phase um den sechsten Schenkel gewickelt ist.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer (100) has a three-phase design, the transformer core (3) being designed as a six-leg core, the first leg, the third leg and the fifth leg each having a control section (31.p1, 31.p2, 31.p3), wherein - a primary winding (1.p1) of the first phase is wound around the first leg and the second leg, and a secondary winding (2.p1) of the first phase is wound around the second leg, and - a A second phase primary winding (1.p2) is wound around the third leg and the fourth leg, and a second phase secondary winding (2.p2) is wound around the fourth leg, and - a third phase primary winding (1.p3). wound around the fifth leg and the sixth leg, and a third phase secondary winding (2.p3) wound around the sixth leg. Transformator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (3) als eine Kombination aus einem Mantelkernabschnitt und einem daran angeordneten E-Kern-Abschnitt ausgebildet ist, wobei der Mittelschenkel des E-Kern-Abschnitts den Steuerabschnitt (31) bildet und durch einen Luftspalt (30) vom Mantelkernabschnitt getrennt ist, wobei eine erste Teilwicklung (1.1) einer Primärwicklung um den Steuerabschnitt (31) gewickelt ist, und wobei eine zweite Teilwicklung (1.2) der Primärwicklung und eine Sekundärwicklung (2) um den Mittelschenkel des Mantelkernabschnitts gewickelt sind.Transformer (100) according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that the transformer core (3) is designed as a combination of a sheathed core section and an E-core section arranged thereon, the middle leg of the E-core section forming the control section (31) and being connected by an air gap (30) separated from the mantle core section, a first partial winding (1.1) of a primary winding being wound around the control section (31), and a second partial winding (1.2) of the primary winding and a secondary winding (2) being wound around the middle leg of the mantle core section. Transformator (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (100) eine Gleichstromquelle und eine zugehörige Steuerung umfasst, mittels welchen der Steuerstrom (Is) zur Erzeugung der Vormagnetisierung des Steuerabschnitts (31) in die Steuerwicklung (5) einbringbar ist.Transformer (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the transformer (100) comprises a direct current source and an associated controller, by means of which the control current (Is) for generating the pre-magnetization of the control section (31) can be introduced into the control winding (5). is. Verfahren zur Steuerung eines Transformators (100) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein Steuerstrom (Is) in die Steuerwicklung (5) eingebracht wird, welcher eine derartige Vormagnetisierung in dem Steuerabschnitt (31) des Transformatorkerns (3) erzeugt, dass eine gewünschte Magnetisierungsinduktivität des Transformators (100) und/oder ein gewünschtes Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen der wenigstens einen Primärwicklung (1) und der wenigstens einen Sekundärwicklung (2) eingestellt werden.Method for controlling a transformer (100) according to one of the preceding claims, wherein a control current (Is) is introduced into the control winding (5) which produces such a bias in the control section (31) of the transformer core (3) that a desired magnetizing inductance of the transformer (100) and/or a desired voltage transformation ratio between the at least one primary winding (1) and the at least one secondary winding (2). Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom (Is) durch eine Gleichstromquelle erzeugt wird.procedure after claim 20 , characterized in that the control current (Is) is generated by a direct current source. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch eine Primärwicklung (1) fließender Strom (I) als ein gepulster Gleichstrom ausgebildet ist, welcher nach dem Durchlaufen der Primärwicklung (1) die Steuerwicklung (5) durchläuft, wodurch der Steuerstrom (Is) gebildet wird.procedure after claim 20 , characterized in that a current (I) flowing through a primary winding (1) is in the form of a pulsed direct current which, after passing through the primary winding (1), passes through the control winding (5), as a result of which the control current (Is) is formed. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch eine Primärwicklung (1) fließender Strom (I) als ein Mischstrom ausgebildet ist, wobei der Gleichstromanteil und der Wechselstromanteil des Mischstroms voneinander getrennt werden, und wobei der Steuerstrom (Is) durch den Gleichstromanteil gebildet wird.procedure after claim 20 , characterized in that a current (I) flowing through a primary winding (1) is designed as a mixed current, the DC component and the AC component of the mixed current being separated from one another, and the control current (Is) being formed by the DC component.

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