DE4317533A1 - Variable-ratio transformer - Google Patents

Abstract

The subject matter of the invention is a variable-ratio transformer which is designed as a multiple limb transformer. This variable-ratio transformer furthermore has at least one secondary winding which is fitted on a first core limb, a plurality of primary windings which are fitted on at least one further core limb, and a control unit for determining the winding voltages. In order to ensure reliable isolation of the mains side, the output side and the control side and in order to reduce the circuit complexity required, the invention stipulates that the magnetic flux in that core limb (S2) which is assigned to the secondary is equal to the geometric sum of the magnetic fluxes in all the core limbs (S1, S3) assigned to the primary, that each primary winding (N1, N3) consists of at least one elementary winding, that mains voltage is applied to at least one primary winding (N1) and the input voltages of the other primary windings (N3) are determined by means of an additional group of source windings (N1.1 to N1.n) which are magnetically coupled to the primary winding which is connected to the mains voltage, and that the control unit (St) is designed for amplitude-controlled and/or phase-controlled application of voltage to the primary windings (N1, N3). The amplitude control is preferably carried out step by step, each primary winding (N3) which is not connected to the mains voltage being assigned a phase-shifter stage composed of four switches (Si.k) which form a bridge, one of whose diagonals ... to the corresponding ... Original abstract incomplete. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Stelltransformator mit im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegebenen Merkmalen.The invention relates to a variable transformer in the preamble of claim 1 specified features.

Aus DE 32 14 973 C2 ist ein Stelltransformator mit einer um minde­ stens einen Eisenkern angeordneten Primärwicklung und magnetisch damit gekoppelten Sekundärwicklung bekannt, bei dem außerdem eine elektronische Steuerung zur Erzielung einer wenigstens annähernd stufenlos einstellbaren Sekundärspannung vorgesehen ist. Die Primärseite dieses bekannten Stell­ transformators liegt am Netz, und seine Sekundärseite besteht aus galva­ nisch voneinander getrennten Einzelwicklungen mit Windungszahlen im Ver­ hältnis einer steigenden, nicht begrenzten Zahlenfolge. Die in den Einzel­ wicklungen induzierten Einzelspannungen lassen sich über elektronische Schalter jeweils so gleich- oder gegensinnig zusammenschalten, daß mit der Spannung der Einzelwicklung mit der kleinsten Windungszahl als Spannungs­ sprung Spannungen zwischen dem Spannungswert Null und dem Spannungsgrenz­ wert bei Hintereinanderschaltung aller Einzelwicklungen einstellbar sind. Soll der bekannte Stelltransformator eine hohe Ausgangsleistung bzw. einen großen Ausgangsstrom abgeben, müssen auch die eingesetzten elektronischen Schalter auf große Leistung bzw. hohe Ströme ausgelegt werden, was den erforderlichen technischen Aufwand steigert und damit die Gestehungskosten in die Höhe treibt.From DE 32 14 973 C2 is a variable transformer with at least one least an iron core arranged primary and magnetic with it coupled secondary winding known, in which also an electronic Control to achieve an at least approximately continuously adjustable Secondary voltage is provided. The primary side of this well-known position transformators is connected to the network and its secondary side consists of galva nically separate windings with number of turns in the ver ratio of an increasing, unlimited number sequence. The one in the single Individual voltages induced by windings can be controlled via electronic Connect the switch in the same or opposite direction so that with the Voltage of the single winding with the smallest number of turns as voltage jump voltages between the voltage value zero and the voltage limit value can be set when all individual windings are connected in series. Should the known variable transformer have a high output power or a emit large output current, the electronic ones used must also Switches are designed for high power or high currents, which the required technical effort increases and thus the production costs drives up.

Weiter ist aus DE 34 22 961 C2 eine verstellbare Transformatoranord­ nung bekannt, die mindestens eine Sekundärwicklung und eine Mehrzahl von einzelne Stufen bildenden Primärwicklungen aufweist, denen getrennte Kerne zugeordnet sind und die sich über in Reihe mit ihnen liegende und mittels einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbare elektronische Schalter zu- und abschalten lassen. Sämtliche Primärwicklungen sind bei dieser bekann­ ten Transformatoranordnung mit dem Netz verbunden, und es gibt daher keine galvanische Trennung zwischen der Steuerseite mit den Primärwicklungen einerseits und dem Netz andererseits. Außerdem bedarf es einer Anpassung der elektronischen Schalter an die Eingangsseite und damit in den meisten Fällen an das Netz. Auch bei dieser bekannten Transformatoranordnung ge­ staltet sich die Fertigung sehr aufwendig, da entweder mehrere Transfor­ matoren oder eine auf die verschiedenen Kerne verteilte Sekundärwicklung erforderlich sind.From DE 34 22 961 C2 is an adjustable transformer arrangement voltage known, the at least one secondary winding and a plurality of has individual stages forming primary windings, which separate cores are assigned and which are in line with them and by means of electronic switches which can be controlled by an electronic control unit and let it switch off. All primary windings are known to this th transformer assembly connected to the network, and therefore there are none  galvanic isolation between the control side with the primary windings on the one hand and the network on the other. An adjustment is also required the electronic switch on the input side and therefore in most Cases to the network. Also in this known transformer arrangement ge Manufacturing is very complex, since either several Transfor mators or a secondary winding distributed over the various cores required are.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stelltransfor­ mator zu schaffen, der eine galvanische Trennung von Netz, Ausgangsseite und Steuerseite gewährleisten kann, eine Anpassung von Steuerspannungen und Steuerströmen an vorhandene Schalter ermöglicht und sich kostengünstig herstellen läßt.The invention is therefore based on the object, a Stelltransfor mator to create a galvanic isolation from the network, output side and control side can ensure an adjustment of control voltages and control currents to existing switches and is inexpensive can be made.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Stelltransformator, wie er im Patentanspruch 1 angegeben ist; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a Variable transformer, as specified in claim 1; beneficial Refinements and developments of the invention result from the Subclaims.

Ein Stelltransformator nach der Lehre der Erfindung ist im Grundsatz ein Mehrschenkeltransformator, bei dem der magnetische Fluß im Schenkel der Sekundärseite durch die geometrische Summe der magnetischen Flüsse in allen Schenkeln der Primärwicklungen gebildet wird, an einer der Primär­ wicklungen die Netzspannung anliegt und die Eingangsspannungen der anderen Primärwicklungen mittels einer zusätzlichen und mit der Netzwicklung magnetisch gekoppelten Gruppe von Wicklungen (Quellenwicklungen) erhalten werden, jede der Primärwicklungen aus mindestens einer Wicklung besteht (elementare Wicklungen) und die an die Primärwicklungen angelegten Span­ nungen mittels der Steuereinheit amplituden- und/oder phasengesteuert sind.A variable transformer according to the teaching of the invention is in principle a multi-leg transformer, in which the magnetic flux in the leg the secondary side by the geometric sum of the magnetic fluxes in all legs of the primary windings are formed on one of the primary the mains voltage is present and the input voltages of the others Primary windings by means of an additional and with the network winding get magnetically coupled group of windings (source windings) , each of the primary windings consists of at least one winding (elementary windings) and the chips applied to the primary windings tions by means of the control unit amplitude and / or phase controlled are.

In Abwandlung dieser Grundsatzbauweise können auch alle Primärwick­ lungen an das Netz angeschlossen werden; in diesem Falle entfällt die zusätzliche Gruppe von Wicklungen. In a modification of this basic design, all primary wick can lungs are connected to the network; in this case the additional group of windings.  

Durch einen Verzicht auf entweder die Amplitudensteuerung oder die Phasensteuerung für die an den Primärwicklungen anliegenden Spannungen läßt sich die Gesamtkonstruktion besonders stark vereinfachen.By foregoing either amplitude control or Phase control for the voltages applied to the primary windings the overall construction can be particularly simplified.

Eine stufenweise Amplitudensteuerung der an die Primärwicklungen an­ gelegten Spannungen führt zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Transformators.A step-by-step amplitude control on the primary windings placed voltages leads to an increase in the overall efficiency of the Transformer.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer speziellen Merkmale und Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der als Bei­ spiel ein Dreischenkeltransformator veranschaulicht ist; dabei zeigen in der Zeichnung im einzelnen:For further explanation of the invention and its special features and advantages is now referred to the drawing, in which as game a three-leg transformer is illustrated; show in the Drawing in detail:

Fig. 1 eine erste schaltungsgemäße Ausgestaltung für die Erfindung, Fig. 1 shows a first circuit design for the invention,

Fig. 2 eine zweite schaltungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung, Fig. 2 shows a second circuit design of the invention,

Fig. 3 eine dritte schaltungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung und Fig. 3 shows a third circuit embodiment of the invention and

Fig. 4 Möglichkeiten für eine Ansteuerung der Steuerwicklungen mittels Wechslern. Fig. 4 possibilities for controlling the control windings by means of changers.

In Fig. 1 ist ein Stelltransformator dargestellt, der als Dreischenkel­ transformator mit drei über Joch magnetisch miteinander verbundene Schenkel S1, S2 und S3 ausgebildet ist. Der magnetische Fluß im zweiten Schenkel S2, dem Mittelschenkel, ergibt sich als geometrische Summe aus den magnetischen Flüssen in den beiden Randschenkeln, dem ersten Schenkel S1 und dem dritten Schenkel S3. Es handelt sich also um eine magnetische Addition.In Fig. 1, a variable transformer is shown, which is designed as a three-leg transformer with three legs S1, S2 and S3 magnetically interconnected via yoke. The magnetic flux in the second leg S2, the middle leg, is the geometric sum of the magnetic fluxes in the two peripheral legs, the first leg S1 and the third leg S3. So it is a magnetic addition.

Die Zuführung der Netzspannung erfolgt über eine Amplituden- und Pha­ senansteuerungseinheit, die Teil einer Steuereinheit St ist, an eine erste Primärwicklung, die Netzwicklung, die aus mehreren Elementarwicklungen N1-1 bis N1-k besteht und auf den ersten Schenkel S1 aufgebracht ist. An eine zweite Primärwicklung N3 auf dem dritten Schenkel S3 werden durch die Amplituden- und Phasenansteuerungseinheit die Spannungen einer zusätzlichen Gruppe von Wicklungen N1.1 bis N1.n, der Quellenwicklungen, angelegt, die ebenfalls auf den ersten Schenkel S1 aufgebracht sind und damit magnetisch mit den Elementarwicklungen N1-1 bis N1-k der ersten Primärwicklung gekop­ pelt sind.The mains voltage is supplied via an amplitude and pha senansteuerungseinheit, which is part of a control unit St, to a first Primary winding, the network winding, which consists of several elementary windings N1-1 to N1-k and is applied to the first leg S1. To one second primary winding N3 on the third leg S3 are through the Amplitude and phase control unit the voltages of an additional Group of windings N1.1 to N1.n, the source windings, created  are also applied to the first leg S1 and thus magnetic Kopop with the elementary windings N1-1 to N1-k of the first primary winding pelt are.

Durch Verändern von Amplitude und/oder Phase der an den verschiedenen Primärwicklungen anliegenden Spannungen lassen sich die Spannungen in auf den zweiten Schenkel S2 aufgebrachten Sekundärwicklungen N2.1 bis N2.m steuern. Sind z. B. die Amplituden der Spannungen in den Primärwicklungen N1-1 bis N1-k und N3 gleich groß, aber relativ zueinander um 180° phasen­ verschoben, so wird die Ausgangsspannung an den Sekundärwicklungen N2.1 bis N2.m gleich Null. Sind die Spannungen in den Primärwicklungen gleich und nicht gegeneinander phasenverschoben, so nimmt die Ausgangsspannung ihren maximalen Wert an. Die Sekundärwicklungen N2.1 bis N2.m werden nach Bedarf entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet. Diese Umschaltungen erfolgen entweder im stromlosen Zustand oder während des Betriebs. Dabei ist es möglich, die Leistungsverluste im Transformator zu optimieren.By changing the amplitude and / or phase of the different Voltages applied to primary windings allow the voltages in on the second leg S2 applied secondary windings N2.1 to N2.m. Taxes. Are z. B. the amplitudes of the voltages in the primary windings N1-1 to N1-k and N3 are the same size, but phase 180 ° relative to each other shifted, the output voltage on the secondary windings N2.1 to N2.m is zero. Are the voltages in the primary windings equal and not out of phase with each other, the output voltage takes its maximum value. The secondary windings N2.1 to N2.m are made as needed either connected in series or in parallel. These switches take place either in the de-energized state or during operation. It is it is possible to optimize the power losses in the transformer.

Bei einer anderen Ausführungsform des Transformators entfallen die zusätzlichen Wicklungen N1.1 bis N1.n auf dem ersten Schenkel S1, die Quellenwicklungen, und die Primärwicklung N3 auf dem dritten Schenkel S3 wird durch die Amplituden- und Phasensteuerungseinheit auch an das Netz angeschlossen.In another embodiment of the transformer, the additional windings N1.1 to N1.n on the first leg S1, the Source windings, and the primary winding N3 on the third leg S3 is also connected to the network by the amplitude and phase control unit connected.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden die an die Primärwicklungen angelegten Spannungen nur phasengesteuert. Das hat keine Auswirkung auf den Steuerbereich, vereinfacht aber die Konstruktion. Für einfache Anwendungs­ fälle reichen zwei Primärwicklungen.In a further embodiment, the primary windings applied voltages only phase-controlled. That has no effect on the Control area, but simplifies construction. For easy application two primary windings are sufficient.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Stelltransformator wieder als Dreischenkeltransformator mit zwei Randschen­ keln S1 und S3 und einem Mittelschenkel S2 ausgebildet ist. Die mit U1 be­ zeichnete Eingangsspannung liegt an einer Primärwicklung N1 auf dem ersten Schenkel S1 und erzeugt darin einen magnetischen Fluß Φ1. Dieser magneti­ sche Fluß induziert in zusätzlichen Wicklungen N1.1 bis N1.n auf dem Rand­ schenkel S1 Spannungen, die eine Zahlenreihe bilden. An die Primärwicklung N3 auf dem dritten Schenkel S3 wird eine Spannung angelegt, deren Amplitude einerseits durch das Windungsverhältnis der zusätzlichen Wicklungen N1.1 bis N1.n und der Primärwicklung N1 auf dem ersten Schenkel S1 und andererseits durch die Anzahl der geschlossenen Schalter S1.1 bis S1.n bestimmt wird und deren Phase sich aus dem Zustand der Schalter S0.1 bis S0.4 ergibt. Sind die Schalter S0.2 und S0.3 geschlossen und die Schalter S0.1 und S0.4 geöffnet, ist die Spannung an der Wicklung N3 in Phase mit der Spannung U1. Sind die Schalter S0.2 und S0.3 geöffnet und die Schalter S0.2 und S0.4 geschlossen, ist die Spannung an der Wicklung N3 in Gegenphase (Phasenverschiebung 180°) zur Spannung U1. Die Spannung in der Wicklung N3 erzeugt auch einen magneti­ schen Fluß Φ3. Deshalb ist der magnetische Fluß Φ2 im Mittelschenkel S2 gleich der algebraischen Summe der magnetischen Flüsse in den Randschenkeln S1 und S3. Der magnetische Fluß Φ2 im Mittelschenkel S2 induziert in der Ausgangswicklung, der Sekundärwicklung N2 auf dem Mittelschenkel S2, eine Spannung U2, deren Wert also durch die algebraische Summe der magnetischen Flüsse Φ1 und Φ3 bestimmt wird. Durch das Schalten der Schalter S1.1 bis S1.n und der Schalter S0.1 bis S0.4 läßt sich die Ausgangsspannung U2 des Transformators stufenweise steuern. Sind die Schalter S0.2 und S0.3 ge­ schlossen und die Schalter S0.1 und S0.4 geöffnet, dann wird die Ausgangs­ spannung U2 durch das Schalten der Schalter S1.1 bis S1.n vom minimalen Wert (Schalter S1.1 bis S1.n geschlossen, Schalter S2.1 bis S2.n geöffnet) bis zu einer Spannung, die nur durch das Windungsverhältnis N2/N1 bestimmt wird (Schalter S1.1 bis S1.n geöffnet, Schalter 2.1 bis S2.n geschlossen), ge­ steuert. Sind die Schalter S0.2 und S0.3 geöffnet und die Schalter S0.1 und S0.4 geschlossen, dann wird die Ausgangsspannung U2 durch das Schalten der Schalter S1.1 bis S1.n von der Spannung, die durch das Windungsverhältnis N2/N1 bestimmt wird (Schalter S1.1 bis S1.n geöffnet, Schalter S2.1 bis S2.n geschlossen), bis zu dem maximalen Wert (Schalter S1.1 bis S1.n geschlossen, Schalter S2.1 bis S2.n geöffnet) gesteuert. Das Schalten der Schalter ge­ schieht durch eine Steuereinheit, die in Fig. 2 nicht eigens dargestellt ist. Ist ein Schalter S1.i geschlossen, dann muß der entsprechende Schalter S2.i geöffnet sein und umgekehrt. Das Schalten der Schalter muß nicht unbe­ dingt im Nulldurchgang des Stromes in der Wicklung N3 erfolgen; jedoch ist dies zur Verkleinerung der Schaltverluste bevorzugt. In Fig. 2 another embodiment is shown, in which the variable transformer is again formed as a three-leg transformer with two edge limbs S1 and S3 and a central leg S2. The input voltage denoted by U1 is on a primary winding N1 on the first leg S1 and generates a magnetic flux Φ1 therein. This magnetic flux induces in additional windings N1.1 to N1.n on the edge limb S1 voltages that form a series of numbers. A voltage is applied to the primary winding N3 on the third leg S3, the amplitude of which is determined on the one hand by the turns ratio of the additional windings N1.1 to N1.n and the primary winding N1 on the first leg S1 and on the other hand by the number of closed switches S1.1 to S1.n is determined and the phase of which results from the state of the switches S0.1 to S0.4. If switches S0.2 and S0.3 are closed and switches S0.1 and S0.4 open, the voltage on winding N3 is in phase with voltage U1. If switches S0.2 and S0.3 are open and switches S0.2 and S0.4 are closed, the voltage on winding N3 is in phase opposition (phase shift 180 °) to voltage U1. The voltage in winding N3 also creates a magnetic flux Φ3. Therefore, the magnetic flux Φ2 in the central leg S2 is equal to the algebraic sum of the magnetic fluxes in the peripheral legs S1 and S3. The magnetic flux Φ2 in the middle leg S2 induces a voltage U2 in the output winding, the secondary winding N2 on the middle leg S2, the value of which is therefore determined by the algebraic sum of the magnetic fluxes Φ1 and Φ3. By switching switches S1.1 to S1.n and switches S0.1 to S0.4, the output voltage U2 of the transformer can be controlled in stages. If the switches S0.2 and S0.3 are closed and the switches S0.1 and S0.4 open, then the output voltage U2 is reduced from the minimum value by switching the switches S1.1 to S1.n (switch S1.1 closed to S1.n, switches S2.1 to S2.n open) up to a voltage that is only determined by the turns ratio N2 / N1 (switches S1.1 to S1.n open, switches 2.1 to S2.n closed) , ge controlled. If switches S0.2 and S0.3 are open and switches S0.1 and S0.4 are closed, then the output voltage U2 is switched by the switches S1.1 to S1.n from the voltage caused by the turns ratio N2 / N1 is determined (switches S1.1 to S1.n open, switches S2.1 to S2.n closed), up to the maximum value (switches S1.1 to S1.n closed, switches S2.1 to S2.n open ) controlled. The switching of the switches is done by a control unit, which is not specifically shown in FIG. 2. If a switch S1.i is closed, the corresponding switch S2.i must be open and vice versa. The switching of the switches does not necessarily have to take place in the zero crossing of the current in the winding N3; however, this is preferred to reduce switching losses.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Stelltransformator wiederum als Dreischenkeltransformator mit drei Schenkeln S1 bis S3 ausgebildet ist. Jedoch hat bei diesem Beispiel jede der einzelnen Quellenwicklungen N1.1 bis N1.n hat ihre eigene Phasenwenderstufe. Dabei kann die Spannung an jeder einzelnen Quellenwicklung bei der Bildung der Spannung in der Wicklung N3 auf dem dritten Schenkel S3 entweder mit dem Vorzeichen "+" (Schalter Si.1 und Si.4 geschlossen und Schalter Si.2 und Si.3 geöffnet) oder mit dem Vorzeichen "-" (Schalter Si.1 und Si.4 geöffnet und Schalter Si.2 und Si.3 geschlossen) mitwirken oder ganz ausfallen (Schalter Si.1 und Si.3 geschlossen und Schalter S1.2 und Si.4 geöffnet). Die Ausgangsspannung U2 wird wieder durch die algebraische Summe der magne­ tischen Flüsse Φ1 und Φ3 in den Randschenkeln S1 und S3 bestimmt.A further exemplary embodiment is shown in FIG. 3, in which the variable transformer is again designed as a three-leg transformer with three legs S1 to S3. However, in this example, each of the individual source windings N1.1 to N1.n has its own phase reversal stage. The voltage at each individual source winding when the voltage is formed in the winding N3 on the third leg S3 either with the sign "+" (switches Si.1 and Si.4 closed and switches Si.2 and Si.3 open) or with the sign "-" (switches Si.1 and Si.4 open and switches Si.2 and Si.3 closed) cooperate or fail completely (switches Si.1 and Si.3 closed and switches S1.2 and Si. 4 open). The output voltage U2 is again determined by the algebraic sum of the magnetic fluxes Φ1 and Φ3 in the marginal limbs S1 and S3.

Die Windungszahlen der einzelnen Primärsteuerwicklungen bei den Aus­ führungsbeispielen nach Fig. 2 und Fig. 3 bilden eine beliebige Zahlenreihe. Bei weiteren Ausführungsbeispielen folgen diese Windungszahlen den Verhält­ nisfolgen 1 : 2 : 4 : 8 : 16 : 32 usw. oder 1 : 3 : 9 : 27 : 81 usw.The number of turns of the individual primary control windings in the off exemplary embodiments of FIG. 2 and FIG. 3 form any number series. In further exemplary embodiments, these numbers of turns follow the ratio sequences 1: 2: 4: 8: 16: 32 etc. or 1: 3: 9: 27: 81 etc.

Die Schalter, die in Fig. 2 und Fig. 3 nur schematisch dargestellt sind, können als mechanische Schalter, als Relais oder Schütze, als anti­ parallelgeschaltete Thyristoren oder Triacs, als antiparallelgeschaltete Transistoren oder als andere Halbleiterbauelemente ausgebildet sein.3 are only schematically shown, the switches shown in FIG. 2 and FIG., May be formed as an anti-parallel-connected transistors or other semiconductor devices as mechanical switches, as relays or contactors, as an anti-parallel connected thyristors, or triacs.

Bei einer weiteren Ausführungsform unter Verwendung von mechanischen Schaltern oder Relais bzw. Schützen sind diese als Wechsler ausgebildet, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist.In a further embodiment using mechanical switches or relays or contactors, these are designed as changeover contacts, as is illustrated in FIG. 4.

Bei wieder einer anderen Ausführungsform ist jeder Schalter ein Gebilde aus einem elektromechanischen Schalter wie einem Relais oder Schütz und aus einem dazu parallelgeschalteten Halbleiterschalter (antiparallelgeschaltete Thyristoren, Triacs, antiparallelgeschaltete Transistoren oder andere Halb­ leiterbauelemente). Statisch arbeitet dann der elektromechanische Schalter, der einen kleinen Durchlaßwiderstand hat, und dynamisch wird der Halbleiter­ schalter wirksam, der geringe Schaltzeiten aufweist. In yet another embodiment, each switch is an entity from an electromechanical switch such as a relay or contactor and off a semiconductor switch connected in parallel (antiparallel connected Thyristors, triacs, anti-parallel transistors or other half conductor components). The electromechanical switch then works statically, which has a small on resistance and the semiconductor becomes dynamic effective switch that has short switching times.  

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit als Mikro­ kontroller bzw. als Mikroprozessor mit Peripherie ausgebildet. Dabei wird die Ausgangsspannung digital eingestellt, und die Schalter werden von den parallelen Ports des Mikrokontrollers gesteuert. Das Ansteuern der Schalter wird so gestaltet, daß das wirkliche Schließen bzw. Öffnen der Schalter im Stromnulldurchgang erfolgt; die Verzögerungszeiten werden softwaremäßig berücksichtigt.In a further embodiment, the control unit is a micro controller or designed as a microprocessor with peripherals. Doing so the output voltage is set digitally, and the switches are used by the parallel ports of the microcontroller controlled. Driving the switches is designed so that the actual closing or opening of the switches in the Current zero crossing occurs; the delay times become software considered.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird der Transformator als Regeltrans­ formator betrieben. Dabei wird die Spannung bzw. der Strom auf der Ausgangs­ seite gemessen und mittels eines A/D-Wandlers in eine Zahl umgewandelt. Der Mikrokontroller vergleicht ständig die Ist- und Sollwerte der Ausgangsgröße und errechnet die erforderlichen Zustände der Schalter.In a preferred embodiment, the transformer is used as a control trans formator operated. The voltage or current on the output side measured and converted into a number using an A / D converter. Of the Microcontroller constantly compares the actual and target values of the output variable and calculates the required states of the switches.

In seiner normalen Ausführung ist der Gegenstand der Erfindung ein Stelltransformator, der als Mehrschenkeltransformator ausgebildet ist. Dieser Stelltransformator besitzt weiter mindestens eine auf einen ersten Kernschenkel aufgebrachte Sekundärwicklung, eine Mehrzahl von auf wenigstens einen weiteren Kernschenkel aufgebrachten Primärwicklungen und eine Steuer­ einheit zum Bestimmen der Wicklungsspannungen.In its normal execution, the subject of the invention is a Variable transformer, which is designed as a multi-leg transformer. This variable transformer also has at least one on a first one Secondary winding applied to core leg, a plurality of at least a further core leg applied primary windings and a tax unit for determining the winding voltages.

Zu zuverlässiger Trennung von Netzseite, Ausgangsseite und Steuerseite und Senkung des erforderlichen Schaltungsaufwandes ist vorgesehen, daß der Magnetfluß in dem der Sekundärseite zugeordneten Kernschenkel gleich der geometrischen Summe der Magnetflüsse in allen der Primärseite zugeordneten Kernschenkeln ist, daß jede Primärwicklung aus mindestens einer Elementar­ wicklung besteht, daß an wenigstens einer Primärwicklung Netzspannung an­ liegt und die Eingangsspannungen der anderen Primärwicklungen mittels einer zusätzlichen Gruppe von mit der an der Netzspannung liegenden Primärwicklung magnetisch gekoppelten Quellenwicklungen bestimmt sind und daß die Steuer­ einheit auf eine amplituden- und/oder phasengesteuerte Spannungsanlage an die Primärwicklungen ausgelegt ist. For reliable separation of the network side, output side and control side and reduction of the required circuitry is provided that the Magnetic flux in the core leg assigned to the secondary side is equal to that geometric sum of the magnetic fluxes in all assigned to the primary side The core leg is that each primary winding consists of at least one elementary winding exists that at at least one primary winding mains voltage lies and the input voltages of the other primary windings by means of a additional group of with the primary winding connected to the mains voltage magnetically coupled source windings are determined and that the tax unit to an amplitude and / or phase controlled voltage system the primary windings is designed.  

Vorzugsweise erfolgt die Amplitudensteuerung stufenweise, wobei jeder nicht an Netzspannung liegenden Primärwicklung eine Phasenwenderstufe aus vier Schaltern zugeordnet ist, die eine Brücke bilden, deren eine Diagonale mit der entsprechenden Primärwicklung verbunden ist, während ihre andere Diagonale mit den Quellenwicklungen über eine Gruppe von Schaltern mit zwei Schaltern je Elementarwicklung und eine der nicht an Netzspannung liegenden Primärwicklungen verbunden ist. Dabei sind jeder Quellenwicklung zwei Schal­ ter zugeordnet und der erste Pol des ersten Schalters mit dem ersten Wick­ lungsanschluß, der zweite Wicklungsanschluß mit dem ersten Pol des zweiten Schalters, dessen zweiter Pol mit dem zweiten Pol des ersten Schalters, die zweiten Pole der Schalter der ersten Wicklung mit dem ersten Punkt der zwei­ ten Diagonale der Phasenwenderstufe, die zweiten Pole der Schalter der nicht an Netzspannung liegenden Primärwicklungen mit dem zweiten Anschluß der je­ weils vorhergehenden Wicklung und der zweite Anschluß der letzten Wicklung mit dem zweiten Punkt der zweiten Diagonale der Phasenwenderstufe verbunden.The amplitude control is preferably carried out in stages, with each a primary phase not connected to the mains voltage is assigned to four switches that form a bridge, one of which is diagonal connected to the corresponding primary winding while its other Diagonal with the source windings over a group of switches with two Switches per elementary winding and one of those not connected to the mains voltage Primary windings is connected. Each source winding is two scarves ter assigned and the first pole of the first switch with the first wick Connection, the second winding connection with the first pole of the second Switch, the second pole of which with the second pole of the first switch second pole of the switch of the first winding with the first point of the two th diagonal of the phase reversing stage, the second pole of the switch of the not Main windings connected to the mains voltage with the second connection of each Weil's previous winding and the second connection of the last winding connected to the second point of the second diagonal of the phase reversal stage.

Claims (17)

1. Stelltransformator mit

• - einem mehrere Schenkel aufweisenden Kern,
• - mindestens einer auf einen ersten Kernschenkel aufgebrachten Sekun­ därwicklung,
• - einer Mehrzahl von auf wenigstens einen weiteren Kernschenkel aufge­ brachten Primärwicklungen und
• - einer Steuereinheit zum Bestimmen der Wicklungsspannungen,

1st variable transformer with

• a core with several legs,
• - At least one secondary winding applied to a first core leg,
• - A plurality of brought up at least one further core leg primary windings and
• a control unit for determining the winding voltages,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfluß in dem der Sekundärseite zugeordneten Kernschenkel (S2) gleich der geometrischen Summe der Magnetflüsse in allen der Primärseite zugeordneten Kernschenkeln (S1, S3) ist,
daß jede Primärwicklung (N1, N3) aus mindestens einer Elementarwicklung besteht,
daß an wenigstens einer Primärwicklung (N1-1 bis N1-k) Netzspannung an­ liegt und die Eingangsspannungen der anderen Primärwicklungen (N3) mittels einer zusätzlichen Gruppe von mit der an der Netzspannung liegenden Primärwicklung magnetisch gekoppelten Quellenwicklungen (N1.1 bis N1.n) bestimmt sind und
daß die Steuereinheit (St) auf eine amplituden- und/oder phasengesteu­ erte Spannungsanlage an die Primärwicklungen ausgelegt ist. characterized,
that the magnetic flux in the core leg (S2) assigned to the secondary side is equal to the geometric sum of the magnetic fluxes in all core legs (S1, S3) assigned to the primary side,
that each primary winding (N1, N3) consists of at least one elementary winding,
that mains voltage is present at at least one primary winding (N1-1 to N1-k) and the input voltages of the other primary windings (N3) by means of an additional group of source windings (N1.1 to N1.n) magnetically coupled to the primary winding connected to the mains voltage are determined and
that the control unit (St) is designed for an amplitude and / or phase-controlled voltage system on the primary windings. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Primärwicklungen an der Netzspannung liegen.2. Transformer according to claim 1, characterized in that all primary windings are connected to the mains voltage. 3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur an einer Primärwicklung (N1-1 bis N1-k) Netzspannung anliegt und die Eingangsspannungen für die anderen Primärwicklungen (N3) durch die Steuereinheit (St) bestimmt sind.3. Transformer according to claim 1, characterized in that only one primary winding (N1-1 to N1-k) has mains voltage and the input voltages for the other primary windings (N3) are determined by the control unit (St). 4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht an der Netzspannung liegenden Primärwicklungen nach dem Spartransformatorprinzip ausgebildet sind. 4. Transformer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary windings not connected to the mains voltage after Autotransformer principle are formed.   5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Primärwicklungen anliegenden Spannungen nur phasenge­ steuert sind.5. Transformer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the voltages applied to the primary windings are only phase-tight controls are. 6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Primärwicklungen (N1, N3) anliegenden Spannungen ampli­ tudengesteuert sind und ihre Phasenverschiebung gegenüber der Netz­ spannung 0 oder 180° beträgt.6. Transformer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the voltages applied to the primary windings (N1, N3) amplify are controlled by the clock and their phase shift compared to the network voltage is 0 or 180 °. 7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine stufenweise Amplitudensteuerung vorgesehen ist, wobei jeder nicht an Netzspannung liegenden Primärwicklung (N3) eine Phasen­ wenderstufe aus vier Schaltern zugeordnet ist, die eine Brücke bilden, deren eine Diagonale mit der entsprechenden Primärwicklung verbunden ist, während ihre andere Diagonale mit den Quellenwick­ lungen (N1.1 bis N1.n) über eine Gruppe von Schaltern mit zwei Schaltern je Elementarwicklung der Quellenseite und eine der nicht an Netzspannung liegenden Primärwicklungen verbunden ist und der erste Pol des ersten Schalters mit dem ersten Wicklungsanschluß, der zweite Wicklungsanschluß mit dem ersten Pol des zweiten Schal­ ters, dessen zweiter Pol mit dem zweiten Pol des ersten Schalters und die zweiten Pole der Schalter der ersten Wicklung mit dem er­ sten Punkt der zweiten Diagonale der Phasenwenderstufe, die zweiten Pole der Schalter der nicht an Netzspannung liegenden Primärwick­ lungen mit dem zweiten Anschluß der jeweils vorhergehenden Wicklung und der zweite Anschluß der letzten Wicklung mit dem zweiten Punkt der zweiten Diagonale der Phasenwenderstufe verbunden sind.7. Transformer according to claim 6, characterized in that a stepwise amplitude control is provided, each primary winding (N3) not connected to mains voltage one phase wender stage of four switches is assigned to a bridge form one diagonal with the corresponding primary winding is connected, while its other diagonal with the Quellenwick lungs (N1.1 to N1.n) via a group of switches with two Switches per elementary winding on the source side and one of the not primary windings connected to the mains voltage and the first pole of the first switch with the first winding connection, the second winding connection with the first pole of the second scarf ters, its second pole with the second pole of the first switch and the second pole of the switch of the first winding with which he most point of the second diagonal of the phase reversal stage, the second Poles of the switches of the primary winding not connected to the mains voltage lungs with the second connection of the previous winding and the second terminal of the last winding with the second point the second diagonal of the phase reversing stage are connected. 8. Transformator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elementarwicklung der Quellenseite für jede nicht an Netz­ spannung liegende Primärwicklung eine Phasenwenderstufe zugeordnet ist.8. Transformer according to claim 6 or 7, characterized in that every elementary development of the source side for everyone is not connected to the network voltage primary winding assigned a phase inverter stage is. 9. Transformator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen der Elementarwicklungen der Quellenseite unter­ einander in einem Verhältnis von 1 : 2 : 8 : 16 : 32 usw. stehen. 9. Transformer according to claim 7 or 8, characterized in that the number of turns of the elementary windings on the source side below are in a ratio of 1: 2: 8: 16: 32 etc.   10. Transformator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen der Elementarwicklungen der Quellenseite unter­ einander in einem Verhältnis von 1 : 3 : 9 : 27 : 81 usw. stehen.10. Transformer according to claim 7 or 8, characterized in that the number of turns of the elementary windings on the source side below are in a ratio of 1: 3: 9: 27: 81 etc. 11. Transformator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter als Relais bzw. Schütze oder als mechanische Schalter ausgebildet sind.11. Transformer according to one of claims 7 to 10, characterized in that the switches as relays or contactors or as mechanical switches are trained. 12. Transformator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß statt zweier Schalter (ein Öffner und ein Schließer) je Wicklung ein Wechsler vorgesehen ist.12. Transformer according to one of claims 7 to 10, characterized in that instead of two switches (one break contact and one make contact) per winding Changer is provided. 13. Transformator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter durch antiparallelgeschaltete Thyristoren, Triacs, antiparallelgeschaltete Transistoren oder andere Halbleiterbau­ elemente gebildet sind.13. Transformer according to one of claims 7 to 10, characterized in that that the switches are switched by anti-parallel thyristors, triacs, anti-parallel connected transistors or other semiconductor construction elements are formed. 14. Transformator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schalter aus einem Relais bzw. Schütz besteht, dem ein Halbleiterschalter (antiparallelgeschaltete Thyristoren, Triacs, antiparallelgeschaltete Transistoren oder andere Halbleiterbau­ elemente) parallelgeschaltet ist.14. Transformer according to one of claims 7 to 10, characterized in that each of the switches consists of a relay or contactor, the one Semiconductor switches (anti-parallel thyristors, triacs, anti-parallel connected transistors or other semiconductor construction elements) is connected in parallel. 15. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (St) als Mikrocontroller bzw. als Mikroprozessor ausgebildet ist.15. Transformer according to one of claims 1 to 14, characterized in that the control unit (St) as a microcontroller or as a microprocessor is trained. 16. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er als Regeltransformator betrieben wird.16. Transformer according to one of claims 1 to 15, characterized in that that it is operated as a control transformer.