DE3422961C2

DE3422961C2 -

Info

Publication number: DE3422961C2
Application number: DE19843422961
Authority: DE
Inventors: Helmut Nieke; Hektor 1000 Berlin De Ayllon
Original assignee: Nieke Elektroapparate Berlin 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Nieke Elektroapparate Berlin 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DE3422961A1

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Transformator anordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an adjustable transformer arrangement according to the genus of the main claim.

Um Spannungen unterschiedlicher Höhe zur Verfügung stellen zu können, sind Stelltransformatoren bekannt, deren Primärwicklungen jeweils am starren Netz liegen und deren Sekundärwicklungen mehrere Windungsanzapfungen oder mehrere einzelne Wicklungen aufweisen, an denen die unterschiedlichen Spannungen abgenommen werden können. Dabei werden die Windungsanzapfungen von elektronischen Schaltern, beispielsweise Thyristoren angesteuert. Ein derartiger Stelltransformator ist aus der DE-AS 12 44 946 bekannt, bei dem die jeweiligen unterschiedlichen ein stellbaren Spannungen an den Klemmen der Sekundärseite durch Veränderung der jeweiligen Windungsübersetzungs verhältnisse erzielt werden. Dieser bekannte Transformator ist nicht zur Erzielung sehr hoher Spannungen geeignet, da die Lastströme über die Gleichrichter schalter geleitet werden, so daß Grenzen durch die Spannungsfestigkeit der Schalter gesetzt sind. Außerdem sind Schalter mit hoher Spannungsfestig keit sehr teuer. Somit ist der bekannte Stell transformator nicht als Längstransformator verwendbar, bei dem in der Sekundärwicklung betriebsmäßig erzwungene hohe Ströme auftreten.To provide tensions of different levels variable transformers are known, the Primary windings are each on the rigid network and whose secondary windings have several turns or have several individual windings on which the different voltages can be taken off. The winding taps are electronic Controlled switches, such as thyristors. Such a variable transformer is from DE-AS 12 44 946 known, in which the respective different one adjustable voltages at the terminals of the secondary side by changing the respective turn ratio conditions are achieved. This well-known transformer is not to achieve very high voltages suitable because the load currents via the rectifier switches are routed so that limits through the voltage resistance of the switches are set. In addition, switches withstand high voltages very expensive. Thus, the well-known position transformer not as a series transformer usable where in the secondary winding operationally forced high currents occur.

Aus der DE-PS 26 09 697 ist ein Stelltransformator mit elektronischer Steuerung bekannt, dessen Primärseite eine Vielzahl von hintereinander geschalteten getrennten Primärwicklungen aufweist, wobei ein Anschluß der Wicklungen jeweils an einem Netzpol liegt und die anderen Wicklungsanschlüsse über jeweils einen elektronischen Schalter mit dem anderen Netzpol verbunden sind. Auf der Sekundärseite ist nur eine Wicklung vorgesehen und die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung setzt sich aus den durch die jeweiligen getrennten Primärwicklungen hervorgerufenen Teilspannungen zusammen. Die einzelnen Wicklungen werden im Phasenanschnitt angesteuert, wobei die Anschnitt steuerung über RC-Glieder erfolgt, die in der Weise unterschiedlich ausgelegt sind, daß der Phasenanschnitt für die einzelnen Wicklungen zu verschiedenen Zeiten erreicht wird. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Stelltransformator eine Spannung nur in einem kleinen Spannungsbereich zur Verfügung stellen kann und daß die Ausgangs spannung nicht störspannungsfrei ist. Dieser bekannte Stelltransformator stellt somit keinen breiten Verstellbereich zur Verfügung.From DE-PS 26 09 697 a variable transformer with electronic control is known, the primary side of which has a large number of separate primary windings connected in series, one connection of the windings being in each case to one network pole and the other winding connections each having an electronic switch with the other network pole are connected. Only one winding is provided on the secondary side and the voltage induced in the secondary winding is composed of the partial voltages caused by the respective separate primary windings. The individual windings are controlled in the phase gating, the gating control being carried out via RC elements which are designed differently in such a way that the phase gating for the individual windings is achieved at different times. It has been shown that such a variable transformer can only provide a voltage in a small voltage range and that the output voltage is not free of interference voltage. This known variable transformer therefore does not provide a wide adjustment range.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verstellbare Transformatoranordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die für die Anwendung von Längstransformatoren, bei denen in der Sekundärwicklung betriebsmäßig erzwungene hohe Ströme auftreten, für einen breiten Verstell bereich geeignet ist.The invention is therefore based on the object an adjustable transformer arrangement of the Generic type to create the for Use of series transformers where operationally enforced in the secondary winding high currents occur for a wide adjustment area is suitable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, daß bei einer verstellbaren Transformatoranordnung, deren einzelne Wicklungen auf der Primärseite zu- und abgeschaltet werden, die Ansteuerung der die Wicklungen schaltenden elektronischen Schalter im Strom-Nulldurchgang erfolgt und daß bei Verwendung als Längstransforma tor, bei dem mindestens eine Sekundärwicklung in Reihe mit einem Stromkreis geschaltet ist, jeder Primärwicklung ein weiterer elektronischer Schalter parallelgeschaltet ist, der jeweils geschlossen ist, wenn der andere geöffnet ist, wird ein störspannungsfrei schaltender ver stellbarer Transformator zur Verfügung gestellt, der große Ströme und hohe Spannungen liefern kann, wobei die elektronischen Schalter in ihrer Aus legung nur an die Leistung der Primärseite angepaßt sein müssen. Die Kurzschlußschalter verhindern eine Zerstörung der Spulen bzw. Win dungen, da sie den Effekt des offenen Stromwandlers abfangen.This object is achieved by the characteristic features of the main claim solved. The fact that with an adjustable Transformer arrangement, the individual windings are switched on and off on the primary side, the control of the windings switching electronic switch at zero current crossing takes place and that when used as a longitudinal transforma gate with at least one secondary winding is connected in series with a circuit, each primary winding another electronic Switch is connected in parallel, each is closed when the other is open, is a ver switching voltage free adjustable transformer provided, that can deliver large currents and high voltages, with the electronic switches in their off only on the performance of the primary side must be adapted. The short circuit switches prevent destruction of the coils or win because they have the effect of the open current transformer intercept.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. By the specified in the subclaims Measures are advantageous training and Improvements possible.

Durch Vorsehen eines Phasenwenders ist ein Zuschiebe- und Gegenschiebebetrieb möglich, das heißt, die durch die Primärwicklungen induzierten Teil spannungen können addiert oder substrahiert werden, wodurch der Verstellbereich feiner, das heißt annähernd stufenlos unterteilt werden kann. Diese stufenlose Einstellung wird weiter verbessert, wenn jeder Transformatorstufe eine Phasenwender stufe zugeordnet wird, bzw. wenn mehrere Phasen wenderstufen für jeweils mehrere Transformator stufen vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, daß zur gleichen Zeit unterschiedliche Stufen und unterschiedliche Betriebszustände, nämlich im Zuschiebe betrieb und im Gegenschiebebetrieb gleichzeitig arbeiten können. By providing a phase inverter, an additional and counter-push operation possible, that is, the part induced by the primary windings voltages can be added or subtracted, which makes the adjustment range finer, that is can be divided almost continuously. These stepless adjustment is further improved, if each transformer stage has a phase inverter level is assigned, or if several phases turning stages for several transformers each stages are provided. This makes it possible that at the same time different levels and different operating states, namely in the slide operation and in counter-sliding operation at the same time can work.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is shown in the drawing and is described in more detail in the description below explained. It shows

Fig. 1 eine erste schaltungsgemäße Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 1 shows a first circuit embodiment of the present invention; and

Fig. 2 eine zweite schaltungsgemäße Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 shows a second circuit embodiment of the present invention.

In der Fig. 1 ist der verstellbare Längstransformator aus mehreren Einzeltransformatoren zusammengesetzt. Die Eingangsanschlüsse der verstellbaren Transformator anordnung sind mit 1 und 2 bezeichnet, zwischen denen die Eingangsspannung U _e liegt, die vorzugsweise die Netzspannung ist. An den Ausgangsklemmen 3, 4 liegt die Ausgangsspannung U _a, die sich aus der Eingangs spannung U _e und der Summe der an den Sekundärwicklungen liegenden Teilspannungen zusammensetzt, die mit U ₂ bezeichnet ist. Zwischen der Eingangsklemme 1 und der Ausgangsklemme 3 sind mehrere Spulen S ₁ bis S _n in Reihe geschaltet, die insgesamt die Sekundärwicklung der als Längstransformator verwendeten verstellbaren Transformatoranordnung bilden. Die einzelnen Primärwicklungen P ₁ bis P _n liegen mit ihren einen Anschlüssen an einer Sammelschiene 5 und mit ihren anderen Anschlüssen über elektronische Schalter T ₁ bis T _n an einer Sammelschiene 6. Die elektronischen Schalter T ₁ bis T _n sind als antiparallelgeschaltete Thyristoren bzw. Triacs ausgebildet, wobei auch andere Halbleiter bauelemente, beispielsweise antiparallelgeschaltete Transistoren verwendet werden können. Den Wicklungen P ₁ bis P _n sind Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n parallelgeschaltet, die jeweils auch an der Sammel schiene 5 und an einem Anschluß der Schalter T ₁ bis T _n liegen. Am Ausgang zwischen den Ausgangsklemmen 3, 4 liegt eine Phasenwenderstufe 7, die aus vier antiparallelgeschalteten Thyristorenpaaren bzw. Triacs 8, 9, 10, 11, wobei je zwei in Reihe an den Ausgang des verstellbaren Transformators angeschlossen sind, besteht. Die Sammelschiene 5, 6 sind jeweils mit der Verbindungsleitung zwischen den jeweils zwei Triacpaaren 8, 9, 10, 11 verbunden. Die Phasenwender stufe 7 kann auch am Eingang des verstellbaren Trans formators angeschlossen sein. Außerdem können die Schalter 8 bis 11 auch als mechanische Schalter ausgebildet sein.In Fig. 1, the adjustable series transformer is composed of several individual transformers. The input connections of the adjustable transformer arrangement are designated 1 and 2 , between which there is the input voltage U _e , which is preferably the mains voltage. At the output terminals 3, 4 there is the output voltage U _a , which is composed of the input voltage U _e and the sum of the partial voltages present on the secondary windings, which is denoted by U ₂ . Between the input terminal 1 and the output terminal 3 , a plurality of coils S ₁ to S _{n are connected} in series, which overall form the secondary winding of the adjustable transformer arrangement used as a series transformer. The individual primary windings P ₁ to P _n are connected to a busbar 5 with one of their connections and to a busbar 6 with their other connections via electronic switches T ₁ to T _n . The electronic switches T ₁ to T _n are designed as antiparallel thyristors or triacs, and other semiconductor components, for example antiparallel transistors, can also be used. The windings P ₁ to P _n are short-circuit switches KT ₁ to KT _{n connected in} parallel, each of which is also connected to the busbar 5 and to a connection of the switches T ₁ to T _n . At the output between the output terminals 3, 4 there is a phase reversing stage 7 , which consists of four pairs of thyristors connected in antiparallel or triacs 8, 9, 10, 11 , two of which are connected in series to the output of the adjustable transformer. The busbars 5, 6 are each connected to the connecting line between the two triac pairs 8, 9, 10, 11 . The phase inverter stage 7 can also be connected to the input of the adjustable transformer. In addition, the switches 8 to 11 can also be designed as mechanical switches.

Die Steuerelektroden der elektronischen Schalter T ₁ bis T _n, KT ₁bis KT _n und 8 bis 10 sind mit einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung verbunden, über die die Thyristoren bzw. Triacs gezündert und gelöscht werden. Die Ansteuerung der Schalter erfolgt jeweils im Strom-Null durchgang, so daß die Störspannungen gering gehalten werden.The control electrodes of the electronic switches T ₁ to T _n , KT ₁ to KT _n and 8 to 10 are connected to an electronic control device, not shown, via which the thyristors or triacs are ignited and deleted. The control of the switches takes place at zero current, so that the interference voltages are kept low.

Wenn die Schalter T ₁ bis T _n offen sind, müssen die Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n geschlossen sein, das heißt, die einzelnen Transformator stufen arbeiten im Kurzschlußbetrieb, damit der durch die Sekundärwicklungen S ₁ bis S _n, die in Reihe mit dem Eingang liegen, den Primär wicklungen P ₁ bis P _n eingeprägte Strom die Wicklungen bzw. die Kurzschlußschalter, falls diese nicht eingeschaltet sein sollten, nicht zerstört. Bei nicht vorhandenem bzw. offenem Kurzschlußschalter wirkt die jeweilige Transforma torstufe als offener Stromwandler. Für den Übergang von Kurzschluß, beispielsweise in den Zuschiebetrieb, steuert die nichtdargestellte Steuereinheit zwei Triacpaare beispielsweise 8, 11 an, so daß diese in den geschlossenen Zustand übergehen, so daß die Sammelschienen 5, 6 an Spannung liegen. Nun können je nach gewünschtem Ausgangsspannungswert die einzelnen Schalter T ₁ bis T _n durch die Steuereinheit jeweils im Strom-Nulldurchgang eingeschaltet werden, wobei gleichzeitig die jeweiligen Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n ausgeschaltet werden müssen. Im Kurzschlußbetrieb ist der Beitrag der einzelnen Transformatorstufen zur Ausgangsspannung gleich Null, während im Zuschiebebetrieb die einzelnen durch die jeweiligen Spannungen U ₁₁ bis U ₁ _n an den Primärwicklungen P ₁ bis P _n in den Sekundärwicklungen S ₁ bis S _n induzierten Spannungen U ₂₁ bis U ₂ _n sich zu der Eingangsspannung addieren. Bei dem Übergang vom Zuschiebebetrieb in den Gegenschiebebetrieb werden die Schalter T ₁ bis T _n wieder geöffnet und gleichzeitig die Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n geschlossen. Nun kann die Phasenwendung vorgenommen werden, das heißt, die Schalter 8, 11 werden ge öffnet und die Schalter 9, 10 geschlossen. Dadurch werden die Sammelschienen 5, 6 umgepolt, so daß nach dem Schließen der Schalter T ₁ bis T _n und gleichzeitigem Öffnen der Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n Teilspannungen mit umgekehrter Richtung auf der Sekundärseite induziert werden und die Ausgangsspannung sich als Eingangsspannung minus der Teilspannungen ergibt.If the switches T ₁ to T _{n are} open, the short-circuit switches KT ₁ to KT _{n must be} closed, that is to say the individual transformer stages operate in short-circuit operation, so that the secondary windings S ₁ to S _n , which are in series with the input lie, the primary windings P ₁ to P _n impressed current does not destroy the windings or the short-circuit switches, if these should not be switched on. If the short-circuit switch is not available or open, the respective transformer stage acts as an open current transformer. For the transition from short circuit, for example to the closing operation, the control unit (not shown) controls two triac pairs, for example 8, 11 , so that they change into the closed state, so that the busbars 5, 6 are connected to voltage. Depending on the desired output voltage value, the individual switches T ₁ to T _n can now be switched on by the control unit at zero current crossing, the respective short-circuit switches KT ₁ to KT _n having to be switched off at the same time. In short-circuit operation, the contribution of the individual transformer stages to the output voltage is zero, while in feed operation the individual voltages U ₂₁ to U induced by the respective voltages U ₁₁ to U ₁ _n on the primary windings P ₁ to P _n in the secondary windings S ₁ to S _n ₂ _n add up to the input voltage. During the transition from the push-in operation to the counter-push operation, the switches T ₁ to T _{n are} opened again and at the same time the short-circuit switches KT ₁ to KT _{n are} closed. Now the phase can be reversed, that is, the switches 8, 11 are opened and the switches 9, 10 are closed. As a result, the busbars 5, 6 are reversed, so that after closing the switches T ₁ to T _n and simultaneously opening the short-circuit switches KT ₁ to KT _n, partial voltages are induced in the opposite direction on the secondary side and the output voltage is the input voltage minus the partial voltages .

In der Fig. 2 ist weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die als Längstransformator verwendete verstellbare Transformatoranordnung einen Vielkerntransformator aufweist, die sich aus mehreren Eisenkernen mit zugehörigen Primär wicklungen P ₁ bis P _n zusammensetzt, die gemeinsam von einer einzigen Sekundärwicklung S umschlossen sind. Wie in Fig. 1 sind den Primärwicklungen P ₁ bis P _n Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n parallel geschaltet. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist für jede Transformatorstufe eine Phasenwenderstufe PW ₁ bis PW _n vorgesehen, wobei jede Phasenwenderstufe wieder vier antiparallel geschaltete Thyristorpaare bzw. Triacs aufweist, die am Ausgang 3, 4 liegen. Die Verbindungspunkte zwischen den jeweiligen zwei in Reihe geschalteten Triacs eines Triacpaares TP ₁, TP ₂, TP ₃, TP ₄ sind mit den Anschlüssen der jeweiligen Primärwicklung P ₁ bis P _n und den Anschlüssen der Kurzschluß schalter KT ₁ bis KT _n verbunden. Hier können die Schalter T ₁ bis T _n entsprechend Fig. 1 entfallen, da die Triacs der Phasenwenderstufe PW ₁ bis PW _n die Funktion übernehmen. Die Wirkungs weise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 entspricht dem der Fig. 1, wobei beim Kurzschluß betrieb nur die Kurzschlußschalter KT ₁ bis KT _n geschlossen sein dürfen, während im Zuschiebe- oder Gegenschiebebetrieb der jeweiligen Stufe der jeweiligen Kurzschlußschalter geöffnet und zwei Triacpaare TP ₁ und TP ₄ oder TP ₂ und TP ₃ geschlossen sind. Für den Transformator nach Fig. 2 werden zwar mehr elektronische Bau elemente benötigt, dafür können aber alle Betriebszustände individuell für jede Transfor matorstufe eingestellt werden, so daß der verstellbare Transformator insgesamt variabler ist.In Fig. 2, another embodiment is shown, in which the adjustable transformer arrangement used as a series transformer has a multi-core transformer, which is composed of several iron cores with associated primary windings P ₁ to P _n , which are enclosed together by a single secondary winding S. As in Fig. 1, the primary windings P ₁ to P _n short-circuit switches KT ₁ to KT _{n are} connected in parallel. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, a phase inverter stage PW ₁ to PW _{n is} provided for each transformer stage, each phase inverter stage again having four thyristor pairs or triacs connected in antiparallel, which are located at output 3, 4 . The connection points between the respective two triacs of a triac pair TP ₁ , TP ₂ , TP ₃ , TP ₄ connected in series are connected to the connections of the respective primary winding P ₁ to P _n and the connections of the short-circuit switches KT ₁ to KT _n . Here, the switches T ₁ to T _n corresponding to FIG. 1 can be omitted, since the triacs of the phase inverter stage PW ₁ to PW _n take over the function. The effect of the embodiment of FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1, with only the short-circuit switch KT ₁ to KT _n may be closed during short-circuit operation, while in the push or counter-slide operation of the respective stage of the respective short-circuit switch open and two triac pairs TP ₁ and TP ₄ or TP ₂ and TP _{3 are} closed. For the transformer of FIG. 2, more electronic construction elements are required, but all operating states can be set individually for each transformer stage, so that the adjustable transformer is more variable overall.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist nicht jede Transformatorstufe mit einer Phasenwenderstufe versehen, sondern mehreren Stufen, beispielsweise Stufe 1 bis 3, ist eine Phasenwenderstufe zugeordnet. Auf diese Weise kann der Vielkerntransformator entsprechend den Forderungen nach einer feinstufigen Verstell möglichkeit und geringem elektronischen Aufwand optimiert werden.In a further exemplary embodiment, not every transformer stage is provided with a phase reversal stage, but a phase reversal stage is assigned to several stages, for example stages 1 to 3 . In this way, the multi-core transformer can be optimized in accordance with the requirements for fine adjustment and low electronic effort.

Claims

1. Adjustable transformer arrangement with at least one secondary winding and a plurality of primary windings forming individual stages, to which separate cores are assigned, with the individual primary windings switching on and off, with electronic switches in series with them and with an electronic control unit controlling the switches, characterized that ₍₁ to P _n P), a further electronic switch (KT ₁ to KT _s) when used as a longitudinal transformer in which a secondary winding (S, S ₁ to S _n) is at least connected in series with a circuit, each primary winding is connected in parallel, which is then short-circuited and short-circuits the primary winding when the respective switch (T ₁ to T _n , TP ₁ to TP ₄ ) which switches the primary winding (P ₁ to P _n ) on and is open, when the respective primary winding on and off switch is closed and that the control of the electronic scarf ter (T ₁ to T _n , KT ₁ to KT _n , TP ₁ to TP ₄ ) takes place in the current zero crossing.

2. Transformer arrangement according to claim 1, characterized in that it consists of a plurality of secondary transformers connected in series on the secondary side (S ₁ P ₁ to S _n P _n ).

3. Transformer arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the individual transformer stages (S; S ₁ , P ₁ to S _n P _n ) work in the feed or counter-slide operation, the polarity reversal between the two operating states via a phase reversing stage ( 7 , PW ₁ to PW _n ).

4. Transformer arrangement according to claim 3, characterized in that the phase change takes place with short-circuited primary windings (P ₁ to P _n ).

5. Transformer arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the phase inverter stage ( 7 , PW ₁ to PW _n ) consists of electronic or mechanical switches.

6. Transformer arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that each stage is provided with a phase inverter stage (PW ₁ to PW _n ).

7. Transformer arrangement according to one of claims 3 to 6, characterized in that all the stages lie on two common busbars ( 5, 6 ), the busbars ( 5, 6 ) with the connecting lines between the two of the four, the phase reversal stage ( 7th ) forming four switches ( 8, 9, 10, 11 ) are connected.