專利名稱：減小變壓器損耗及體積的設(shè)計制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電學(xué)技術(shù)背景變壓器的作用是升高電壓、降低電壓、變換電流、變換電阻、交換相數(shù)、電能隔離?，F(xiàn)有變壓器技術(shù)的理論基礎(chǔ)是靜電作用的庫侖定律、電磁場作用的安培環(huán)路定律、法拉弟的電磁感應(yīng)定律、麥克斯韋方程組，并由上述基礎(chǔ)理論形成了電磁場理論。電磁場理論認(rèn)為電與磁都是真實物質(zhì)，電能與磁能能夠互相轉(zhuǎn)換。在電磁場理論中，引入了各種場矢量，如電場強度、磁場強度、磁通密度等，并以電磁場理論及各種矢量場的參數(shù)進行變壓器的設(shè)計與制造?，F(xiàn)有變壓器大致可分為兩個類型電力變壓器與電子變壓器。
現(xiàn)有電力變壓器由鐵芯與線圈組成，在初級線圈端口施加交流電壓，在次級線圈端口輸出交流電壓。電磁場理論認(rèn)為電能由初級線圈轉(zhuǎn)換成鐵芯內(nèi)的磁能，鐵芯內(nèi)的磁能再轉(zhuǎn)換成次級線圈的電能?，F(xiàn)有的電力變壓器存在兩個問題(1)依據(jù)電磁場理論設(shè)計電力變壓器時，變壓器的功率與鐵芯的質(zhì)量及體積數(shù)學(xué)相關(guān)，很難增大變壓器的功率與體積的比值。(2)依據(jù)電磁場理論設(shè)計電力變壓器，鐵芯必然發(fā)熱。電磁場理論認(rèn)為鐵芯發(fā)熱的原因是磁場渦流造成的，電力變壓器必須有降溫措施并且鐵芯造成的損耗不可避免。
現(xiàn)有電子變壓器由初級線圈端口并聯(lián)電容器組成，它采用電磁學(xué)中的LC諧振原理。但LC諧振公式是一個經(jīng)驗公式，不具有普遍性，電子變壓器的設(shè)計主要靠實驗的方法完成，電子變壓器的制造靠制造過程中的調(diào)試來保障產(chǎn)品性能指標(biāo)。電子變壓器存在的問題(1)電子變壓器鐵芯的發(fā)熱不能避免。(2)電子變壓器的設(shè)計靠實驗完成。(3)制造過程中需要對產(chǎn)品參數(shù)進行調(diào)試。
本發(fā)明認(rèn)為電磁場理論只是對變壓器鐵芯的發(fā)熱現(xiàn)象進行了解釋，并沒有證明變壓器鐵芯必須發(fā)熱；電磁場理論只是在一定條件下對變壓器的功率與變壓器鐵芯的質(zhì)量進行了量化，并沒有證明當(dāng)條件變化時變壓器的功率與變壓器鐵芯的質(zhì)量之間的相互關(guān)系不會發(fā)生變化；變壓器技術(shù)是一項能量交換技術(shù)，減小變壓器鐵芯的能量損耗及鐵芯質(zhì)量沒有違背能量守衡這一物理學(xué)的基本定律。
隨著電子計算機技術(shù)、電子元器件技術(shù)、電子測試技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用多學(xué)科技術(shù)，能夠最大限度的減小變壓器鐵芯的損耗，使變壓器鐵芯在感覺上不發(fā)熱；能夠?qū)崿F(xiàn)用很小質(zhì)量的變壓器鐵芯進行大功率的能量交換甚至達(dá)到變壓器交換功率的大小與變壓器鐵芯的質(zhì)量無關(guān)；能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器間串聯(lián)、并聯(lián)的組合，使變壓器的設(shè)計制造更經(jīng)濟、更實用，變壓器的使用更安全、更可靠、更方便、更靈活。
本發(fā)明中的變壓器設(shè)計方法以電學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用電容器、線圈、鐵芯組成的振蕩電路中產(chǎn)生的電容電壓回擺點，在電容電壓回擺點后順向加速以減小變壓器鐵芯的損耗；利用電容器與鐵芯進行能量交換的量值只與一定條件相關(guān)，通過縮短能量交換的時間以提高變壓器功率；利用成熟的電子計算機技術(shù)、電子元器件技術(shù)、電子測試技術(shù)實現(xiàn)低損耗、小體積、大功率的變壓器；利用變壓器的輸入端口與輸出端口在一定的技術(shù)條件下可以進行串聯(lián)、并聯(lián)組合，通過變壓器的串、并聯(lián)組合，實現(xiàn)各種類型的變壓器的設(shè)計與制造，并實現(xiàn)制造過程中無調(diào)試工藝。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是(1)減小變壓器鐵芯的損耗，達(dá)到減小變壓器損耗的目的。(2)減小變壓器的鐵芯質(zhì)量與輸出功率的比值，達(dá)到減小變壓器體積的目的。(3)根據(jù)變壓器負(fù)載自動調(diào)整變壓器的輸入功率，實現(xiàn)變壓器的負(fù)載功率與輸入功率自動隨動。(4)實現(xiàn)電容電壓回擺變壓器能夠以直流輸出，能夠以交流輸出，能夠以變頻交流輸出。(5)實現(xiàn)變壓器輸出端口電壓并聯(lián)，通過變壓器輸出端口并聯(lián)，使變壓器組的輸出功率可以無限量增大，并有計算機或單片機管理并聯(lián)變壓器組，根據(jù)負(fù)荷功率自動開啟或關(guān)閉變壓器的工作狀態(tài)。(6)實現(xiàn)變壓器或變壓器組輸出端串聯(lián)，通過變壓器或變壓器組輸出端口的串聯(lián)，使變壓器或變壓器組串聯(lián)后的輸出電壓可以達(dá)到任意高的程度。(7)實現(xiàn)變壓器或變壓器組輸入端口的串聯(lián)，通過變壓器或變壓器組輸入端口的串聯(lián)，可以使任意高的電壓降低到變壓器或變壓器組能夠承受的設(shè)計電壓。
技術(shù)方案本發(fā)明不再采用電磁場理論設(shè)計變壓器，本發(fā)明中不涉及磁導(dǎo)率、鐵損等現(xiàn)有變壓器的設(shè)計參數(shù)。本發(fā)明以電學(xué)理論為基礎(chǔ)，并涉及多個學(xué)科。
本發(fā)明的設(shè)計依據(jù)是當(dāng)電容器與初級線圈并聯(lián)時，在初級線圈的端口施加間斷電壓能形成電容電壓回擺點，在電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點施加間斷電壓能減小變壓器鐵芯的損耗；增大變壓器中振蕩電路的工作頻率能夠增大變壓器的輸出功率與質(zhì)量的比值；在一定的條件下，初級線圈振蕩電壓峰值的大小由通過初級線圈電流的大小來決定，控制通過初級線圈的電流能夠控制變壓器的交換功率。上述特性是經(jīng)過實驗總結(jié)出來的結(jié)果，其實驗具有再現(xiàn)性。
一利用電容電壓回擺點減小變壓器損耗的方法(一)、變壓器鐵芯損耗的對比實驗實驗1交流電壓變壓器的鐵芯損耗試驗交流電壓變壓器由鐵芯與線圈組成，當(dāng)在初級線圈的端口施加正弦波或其他波形的連續(xù)交變電壓時，實驗1結(jié)果無論變壓器的工作頻率是多少，變壓器的鐵芯一定會發(fā)熱，因而，變壓器的鐵芯損耗不可避免。
實驗2LC諧振電子變壓器鐵芯損耗實驗在交流變壓器的輸入端口并聯(lián)電容器，組成了LC諧振電子變壓器，當(dāng)在初級線圈的端口施加間斷電壓U0并形成振蕩電壓時，初級線圈與次級線圈的端口同時出現(xiàn)振蕩電壓，兩個線圈出現(xiàn)的振蕩電壓波形相同，兩個線圈的電壓峰值與兩個線圈的匝數(shù)成正比。設(shè)初級線圈的振蕩電壓為U1，次級線圈端口的振蕩電壓為U2。圖1為U0、U1、U2的相位圖。實驗2結(jié)果當(dāng)實驗2與實驗1的輸入功率相同時，實驗2的的鐵芯損耗小于實驗1中的鐵芯損耗，但實驗2中的鐵芯損耗仍然不可避免。
實驗3電容電壓回擺點變壓器鐵芯損耗試驗電容電壓回擺變壓器的振蕩電路結(jié)構(gòu)與LC諧振電子變壓器的結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)初級線圈端口施加U0的間斷電壓時，通過技術(shù)手段改變U1的頻率f，一定可以找到一個頻率點f0，在f＝f0時，間斷電壓U1與變壓器的振蕩電壓U2的相位圖如圖2所示。實驗3結(jié)果f＝f0時，變壓器鐵芯不發(fā)熱，可以認(rèn)為變壓器鐵芯的損耗近似為零。
在圖2中，電壓U0的開始點總是在振蕩電壓U1的回擺點之后，并出現(xiàn)變壓器鐵芯無損耗的現(xiàn)象。為區(qū)別于LC現(xiàn)象，稱圖2的現(xiàn)象為電容電壓回擺點現(xiàn)象，以此現(xiàn)象工作的變壓器為電容電壓回擺變壓器。
(二)變壓器鐵芯對比實驗的分析物理學(xué)證明了電與電荷是真實物質(zhì)，電流是電荷的運動或電子的運動。物理學(xué)沒有證明磁與磁場是真實物質(zhì)，而電磁學(xué)理論的基礎(chǔ)是假設(shè)并認(rèn)為磁與磁場是真實物質(zhì)，電能與磁能能夠互相轉(zhuǎn)換。
同樣，發(fā)明人假設(shè)磁與磁場是虛擬物質(zhì)，只有電荷與帶電荷的粒子才是真實物質(zhì)。在此前提下，再次假設(shè)當(dāng)在初級線圈的端口施加電壓時，電子從電壓源的負(fù)極向電壓源的正級運動，當(dāng)運動電子通過線圈時，在電荷力的作用下，鐵芯內(nèi)產(chǎn)生了自由電子，自由電子受線圈內(nèi)運動電子的作用在鐵芯內(nèi)作加速運動，線圈內(nèi)的運動電子與鐵芯內(nèi)被加速的運動電子交換了能量。由于鐵芯內(nèi)運動電子的運動速度有極限值，一定質(zhì)量的鐵芯在一定電壓作用下產(chǎn)生的運動電子總量有極限值，因此，當(dāng)鐵芯的質(zhì)量及線圈端口的電壓為定值時，鐵芯內(nèi)運動電子的總能量及總動量的極限值為定值。
用上述假設(shè)可以解釋變壓器的工作原理。用上述假設(shè)可以對實驗1、實驗2、實驗3進行分析。
分析實驗1當(dāng)在初級線圈的端口施加正半周電壓時，鐵芯內(nèi)運動電子的運動方向為A；當(dāng)正半周電壓向負(fù)半周電壓轉(zhuǎn)換時，電壓等于0，鐵芯內(nèi)運動電子的運動方向仍為A；當(dāng)初級線圈的端口電壓轉(zhuǎn)換到負(fù)半周時，線圈內(nèi)的運動電子對鐵芯內(nèi)運動電子的加速方向為B，B方向與A方向相反；因此，當(dāng)鐵芯內(nèi)沿A方向運動的電子受到B方向上的加速作用時，A方向上運動的電子可以彈性變向，但是，鐵芯內(nèi)的運動電子由A方向運動向B方向運動的變向過程中，必然發(fā)生一部分A方向運動的電子與B方向運動的電子相碰撞，電子碰撞產(chǎn)生熱量，形成變壓器鐵芯損耗。
分析實驗2當(dāng)間斷電壓施加在初級線圈的端口時，線圈內(nèi)的運動電子對鐵芯內(nèi)的電子加速，加速方向為A；當(dāng)初級線圈的端口電壓為0時，鐵芯內(nèi)的運動電子在A方向上對線圈端口的電容充電，電容電壓的方向與間斷電壓的方向相反；鐵芯內(nèi)運動電子的總動量或總能量隨著電容電壓的增大而減少，當(dāng)鐵芯內(nèi)運動電子的總動量或總能量接近0時，電容電壓達(dá)到最大并形成一個回擺點；回擺點后電容電壓對鐵芯內(nèi)的電子加速，加速方向為B，由于電容電壓的方向與間斷電壓的方向相反，故電容電壓加速的電子運動方向B與間斷電壓加速的電子運動A方向相反；當(dāng)電容電壓為0時，鐵芯內(nèi)電子運動的方向仍為B，LC諧振正是在電容電壓回擺到0時施加間斷電壓，間斷電壓的加速方向與鐵芯內(nèi)原有運動電子的運動方向相反，由實驗1的分析知，鐵芯內(nèi)由于運動電子發(fā)生了碰撞并產(chǎn)生熱量，進而形成了變壓器損耗。
分析實驗3由實驗1、實驗2的分析知，在電容電壓的回擺點，鐵芯內(nèi)運動電子的總動量或總能量近似等于0，因此，當(dāng)間斷電壓與電容電壓的方向相同并且在電容電壓的回擺點之后施加在初級線圈的端口時，間斷電壓與電容電壓對鐵芯內(nèi)的運動電子加速方向相同，鐵芯內(nèi)被加速的運動電子不會發(fā)生碰撞，因而變壓器的損耗近似等于0。對比圖1與圖2可知LC電路振蕩波形正半周與負(fù)半周可以對稱，而實驗3中的波形正半周與負(fù)半周不對稱。
實驗3中，當(dāng)間斷電壓施加在初級線圈的端口并產(chǎn)生振蕩電壓時，在間斷電壓的一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，即正電容電壓回擺點與負(fù)電容電壓回擺點。實驗3是單向加速電容電壓回擺變壓器。電容電壓回擺變壓器可以雙向加速，在雙向加速電容電壓回擺變壓器中，間斷電壓U1與振蕩電壓U2的電壓相位關(guān)系如圖3所示。
實驗3中的鐵芯是閉合鐵芯。對于非閉合鐵芯，電壓回擺點的原理與閉合鐵芯的原理相同。當(dāng)初級線圈端口的間斷電壓對鐵芯內(nèi)的運動電子加速時，由于電子不能在鐵芯內(nèi)作閉合運動，就形成了正電荷與負(fù)電荷各占鐵芯的一個端口，鐵芯內(nèi)形成了一個電容電場。當(dāng)初級線圈端口的振蕩電壓為0時，鐵芯內(nèi)電容電場的電場強度最大，鐵芯內(nèi)電容電場對初級線圈端口的電容器充電；當(dāng)鐵芯內(nèi)電容電場的電場強度下降時，電容器的電壓升高，當(dāng)鐵芯內(nèi)電容電場的電場強度為0時，電容器的電壓最大并形成電容電壓回擺點。
(3)在電容電壓回擺點后加速的方法當(dāng)鐵芯、初級線圈、電容器形成一個振蕩電路時，每一個振蕩波形都存在兩個電容電壓回擺點，當(dāng)施加在初級線圈端口的間斷電壓發(fā)生在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點時，振蕩電路產(chǎn)生的振蕩波形在鐵芯內(nèi)不產(chǎn)生損耗。在電容電壓回擺點后的加速分為單向加速與雙向加速，單向加速指在所有的電壓振蕩周期內(nèi)只在正半周的電容電壓回擺點后加速或只在負(fù)半周的電容電壓回擺點后加速；雙向加速指在所有的振蕩周期內(nèi)所有的電容電壓回擺點后都進行加速，并且正半周與負(fù)半周施加在電容電壓回擺點后的間斷電壓的方向相反。
二減小變壓器體積的設(shè)計方法減小變壓器體積指變壓器的體積減小后輸出功率沒有發(fā)生變化，或變壓器的輸出功率增大時而體積沒有發(fā)生變化。
以實驗3為例，設(shè)實驗3中，初級線圈并聯(lián)電容器的容量值為C，在初級線圈的端口施加頻率為f的間斷電壓，振蕩電壓形成的電容電壓峰值為U1，鐵芯與初級線圈進行能量交換的電流為I1，初級線圈與鐵芯進行能量交換的功率為P1，一個周期的時間為t0，有f＝1÷t0C＝Q÷U1C×U1＝QC×U1÷(1÷4×t0)＝Q÷(1÷4×t0)4×C×U1×f＝I1P1＝4×C×U12×f.........................(1)上式中，P1是初級線圈與鐵芯的交換功率，設(shè)次級線圈的輸出功率為P2，有P2的最大值為P1；P2的額定值可取P1的1/6P2的最大值P2＝4×C×U12×f.........................(2)P2的額定值P2＝0.667×C×U12×f.........................(3)由上述公式推導(dǎo)知當(dāng)電容電壓回擺變壓器的振蕩電壓與電容容量為定值時，頻率越高功率越大，頻率越低功率越小。同理，當(dāng)振蕩電壓與頻率為定值時，電容容量越大功率越大，電容容量越小功率越小。
設(shè)初級線圈與鐵芯能量交換的阻抗為R，有P1＝U12÷R由于P1＝4×C×U12×f，有1/R＝4×C×fR＝0.25÷(C×f).........................(4)顯然，提高變壓器的工作頻率等于降低變壓器初級線圈與鐵芯的能量交換阻抗R，而R與鐵芯的幾何形狀、鐵芯的質(zhì)量、線圈的線徑、線圈的匝數(shù)、線圈的數(shù)量、線圈與鐵芯的間距、施加在線圈端口的電壓數(shù)學(xué)相關(guān)，要建立起相關(guān)的數(shù)學(xué)關(guān)系比較難，即便是建立起數(shù)學(xué)關(guān)系精度也不會高。但是，通過實驗的方法可以很方便地降低R值。
降低R值的實驗方法1減少初級線圈匝數(shù)。盡管R值與線圈匝數(shù)非線性相關(guān)，但是，只要減少初級線圈的匝數(shù)就能降低R值。由于變壓器的初級線圈與次級線圈根據(jù)使用要求有一定的匝數(shù)比，故通過減少線圈匝數(shù)來降低R值有一定的范圍。
方法2增加初級線圈的數(shù)量在鐵芯的幾何形狀、鐵芯的質(zhì)量、線圈的線徑、線圈的匝數(shù)、線圈的數(shù)量、線圈與鐵芯的間距、施加在線圈端口的電壓不發(fā)生變化的前提下，增加初級線圈的數(shù)量等于增加了加速電場的數(shù)量，也就等于R發(fā)生了并聯(lián)關(guān)系。設(shè)初級線圈的數(shù)量為1時阻抗為R，初級線圈的數(shù)量為n時阻抗為Rn，有Rn＝R÷n.........................(5)同理，設(shè)初級線圈的數(shù)量為1時電容電壓回擺變壓器的工作頻率為f，初級線圈的數(shù)量為n時電容電壓回擺變壓器的工作頻率為fn，有fn＝n×f.........................(6)根據(jù)fn＝n×f的關(guān)系，可以提高變壓器的工作頻率。
提高變壓器額定輸出功率的意義是當(dāng)變壓器鐵芯的質(zhì)量為定值時提高變壓器的額定輸出功率，就相當(dāng)于變壓器的額定輸出功率為定值時減小了變壓器鐵芯的質(zhì)量。
三電容電壓回擺變壓器的設(shè)計方法電容電壓回擺變壓器的技術(shù)特點及結(jié)構(gòu)特點在初級線圈端口并聯(lián)電容器形成振蕩電路，在振蕩電壓波形中的電容電壓回擺點后施加間斷電壓，通過間斷電壓的順向加速減小變壓器鐵芯損耗；利用振蕩電壓的工作頻率與變壓器輸出功率成正比的關(guān)系，通過提高變壓器的工作頻率增大變壓器輸出功率與鐵芯質(zhì)量的比值，進而減小變壓器體積。在電容電壓回擺點之后向初級線圈端口施加間斷電壓，就需要知道電容電壓回擺點的位置，這就需要有監(jiān)測電路實時監(jiān)測電容電壓回擺點；要施加間斷電壓，就需要有開關(guān)電路，通過開關(guān)電路實現(xiàn)在初級線圈端口施加間斷電壓；要控制開關(guān)電路的工作頻率、間斷電壓波形、間斷電壓的峰值，就需要有一個數(shù)據(jù)處理與控制電路(以下簡稱數(shù)控電路)，數(shù)控電路根據(jù)監(jiān)測電路提供的監(jiān)測信號，向開關(guān)電路發(fā)出控制信號，控制開關(guān)電路工作；監(jiān)測電路與數(shù)控電路的工作環(huán)境為低電壓直流電，變壓器內(nèi)要有一個直流電路提供直流電；從變壓器次級線圈輸出的是振蕩電壓波形，需要有一個整流電路，通過整流電路，使變壓器的輸出電壓為直流電壓或交流電壓或交流變頻電壓。
由于電容器的容量、電子元器件的工作電壓及工作頻率都有一定的適用范圍，因此，單獨的電容電壓回擺變壓器的輸出功率及輸出(輸入)電壓難以滿足工程上的不同應(yīng)用要求，通過多個變壓器進行并聯(lián)、串聯(lián)組合，能夠滿足工程上的不同應(yīng)用要求。變壓器串、并聯(lián)的特點是變壓器輸出端口的并聯(lián)可以組成變壓器組，變壓器組可以提高輸出功率；變壓器或變壓器組的輸出端口可以串聯(lián)，通過輸出端口串聯(lián)可以提高輸出電壓；變壓器或變壓器組的輸入端口可以串聯(lián)，通過輸入端口的串聯(lián)可以降低變壓器或變壓器組的輸入電壓。
本發(fā)明的特征是在初級線圈端口并聯(lián)電容器形成振蕩電路，在振蕩電壓波形中的電容電壓回擺點后施加間斷電壓，通過間斷電壓的順向加速減小變壓器鐵芯的損耗；利用振蕩電壓的工作頻率與變壓器輸出功率成正比的關(guān)系，通過提高變壓器的工作頻率在同等功率下減小變壓器的體積；本發(fā)明中的變壓器由振蕩電路、監(jiān)測電路、數(shù)控電路、開關(guān)電路、直流供電電路、輸出端口整流電路組成；在變壓器的工作過程中，直流電路向監(jiān)測電路和數(shù)控電路提供工作電壓，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供監(jiān)測信號，數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號，電壓信號控制開關(guān)電路，開關(guān)電路控制振蕩電路的工作，變壓器次級線圈輸出的高頻電壓波形經(jīng)整流電路后輸出；采用不同的輸出端整流電路，能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電壓輸出或變頻交流電壓輸出；電容電壓回擺變壓器可以通過輸出端口并聯(lián)成變壓器組，變壓器或變壓器組的輸出端口可以串聯(lián)，變壓器或變壓器組的輸入端口可以串聯(lián)；變壓器的設(shè)計參數(shù)要通過實驗的方法進行確定，依據(jù)實驗方法確定元器件的參數(shù)范圍，變壓器在制造過程不再進行參數(shù)調(diào)試。
(一)電容電壓回擺變壓器的原理電路及工作過程1單向電容電壓回擺變壓器的原理電路圖4為單向電容電壓回擺變壓器的原理電路圖。
圖4所示的變壓器的工作過程接通變壓器內(nèi)向監(jiān)測電路、數(shù)控電路供電的直流電路；啟動信號監(jiān)測電路、數(shù)控電路工作；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出第一個間斷電壓控制信號，該電壓信號的參數(shù)為電壓波形、電壓峰值、電壓波形寬度，電壓信號控制開關(guān)電路施加在初級線圈端口的電壓波形、電流、電壓波形的寬度；當(dāng)初級線圈(或次級線圈)端口出現(xiàn)振蕩電壓波形時，監(jiān)測電路監(jiān)測初級線圈(或次級線圈)端口振蕩電壓波形的頻率、峰值、與間斷電壓同向的電容電壓回擺點；根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算第二個電壓信號的頻率、電壓峰值；在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出第二個電壓信號，電壓信號控制開關(guān)電路，開關(guān)電路控制施加在初級線圈端口的第二個間斷電壓的波形、電流、電壓波形的寬度；向初級線圈端口施加第三個間斷電壓的方法與施加第二個間斷電壓的方法相同，之后的工作過程依次類推。當(dāng)關(guān)閉數(shù)控電路后，變壓器停止工作。
圖4所示的變壓器輸入端口的電壓為直流電壓。當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交流電壓時，交流電壓要經(jīng)過整流電路，把交流電壓轉(zhuǎn)換成半波整流后的單向電壓或全波整流后的單向電壓。
2雙向電容電壓回擺變壓器的原理電路圖5.1、圖5.2為雙向電容電壓回擺變壓器的原理電路圖。
(1)圖5.1所示的變壓器的工作過程接通變壓器內(nèi)向監(jiān)測電路、數(shù)控電路供電的直流電路；啟動信號監(jiān)測、數(shù)控電路工作；數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J2關(guān)閉、二極管J1開通；數(shù)控電路向開關(guān)電路K1發(fā)出第一個間斷電壓信號，該電壓信號的參數(shù)為電壓波形、電壓峰值、電壓波形寬度，通過電壓信號，控制開關(guān)電路施加在初級線圈端口的電壓波形、電壓波形寬度及電流；當(dāng)初級線圈(或次級線圈)端口出現(xiàn)振蕩波形時，監(jiān)測電路監(jiān)測振蕩電壓波形的頻率、峰值、第一個電容電壓回擺點，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算第二個控制信號的頻率、電壓峰值，在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J1關(guān)閉、二極管J2開通，向開關(guān)管K2發(fā)出間斷電壓信號，電壓信號控制施加在初級線圈端口的電壓波形、電壓波形寬度及電流；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到第二個電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算第三個控制信號的頻率、電壓峰值，在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J2關(guān)閉、二極管J1開通，向開關(guān)管K1發(fā)出間斷電壓信號，電壓信號控制開關(guān)電路施加在初級線圈端口的電壓波形、電壓波形寬度及電流；向初級線圈端口施加第四個間斷電壓的方法與施加第二個間斷電壓的方法相同；向初級線圈端口施加第五個間斷電壓的方法與施加第三個間斷電壓的方法相同；之后的工作過程依次類推。當(dāng)關(guān)閉信號監(jiān)測、數(shù)控電路后，變壓器停止工作。
(2)圖5.2所示的變壓器的工作原理接通變壓器內(nèi)向監(jiān)測電路、數(shù)控電路供電的直流電路；啟動信號監(jiān)測、數(shù)控電路工作；數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J3、J4關(guān)閉、二極管J1、J2開通；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出第一個間斷電壓信號，該電壓信號的參數(shù)為電壓波形、電壓峰值、電壓波形寬度，通過電壓信號控制開關(guān)電路施加在初級線圈端口的電壓波形、電壓波形寬度及電流；當(dāng)初級線圈端口出現(xiàn)振蕩波形時，監(jiān)測電路監(jiān)測振蕩電壓波形的頻率、峰值、第一個電容電壓回擺點，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算第二個電壓信號的頻率、電壓峰值，在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J1、J2關(guān)閉、二極管J3、J4開通，向開關(guān)管發(fā)出間斷電壓信號，電壓信號控制施加在初級線圈端口的間斷電壓波形、電壓波形寬度及電流；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到第二個電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算第三個電壓信號的頻率、電壓峰值；在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路通過電壓信號控制二極管J3、J4關(guān)閉、二極管J1、J2開通，向開關(guān)管發(fā)出間斷電壓信號，電壓信號控制施加在初級線圈端口的間斷電壓波形、電壓波形寬度及電流；向初級線圈端口施加第四個間斷電壓的方法與施加第二個間斷電壓的方法相同；向初級線圈端口施加第五個間斷電壓的方法與施加第三個間斷電壓的方法相同；之后的工作過程依次類推。當(dāng)關(guān)閉信號監(jiān)測、數(shù)控電路后，變壓器停止工作。
(3)圖5.1、5.2所示的變壓器輸入端口的電壓為直流電壓。當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交流電壓時，交流電壓要經(jīng)過整流電路，把交流電壓轉(zhuǎn)換成半波整流后的單向電壓或全波整流后的單向電壓。
(二)電容電壓回擺變壓器的設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計方法電容電壓變壓器的設(shè)計內(nèi)容包括振蕩電路性能參數(shù)設(shè)計；開關(guān)電路性能參數(shù)設(shè)計；監(jiān)測電路監(jiān)測方法設(shè)計；數(shù)控電路計算方法與控制方法設(shè)計；變壓器內(nèi)直流電路供電方法設(shè)計；輸出端整流電路設(shè)計。
(二.一)振蕩電路設(shè)計振蕩電路設(shè)計的已知條件為輸入端口的電壓類型及電壓參數(shù)；輸出端口的電壓類型及電壓參數(shù)；輸出功率。
振蕩電路的設(shè)計內(nèi)容為振蕩電路的電容器容量值與工作頻率設(shè)計；電容器管腳截面積設(shè)計；初級線圈參數(shù)設(shè)計；次級線圈參數(shù)設(shè)計；變壓器鐵芯品種及規(guī)格設(shè)計。
在電容電壓回擺變壓器中，變壓器的輸入功率與輸出功率相等，而變壓器振蕩電路中通過初級線圈進行能量交換的功率大于變壓器的輸入功率與輸出功率。
變壓器額定輸出功率為P2，初級線圈能量交換功率為P1，取P1為P2的6倍，由(1)式、(3)式知P1＝4×C×U12×fP2＝0.667×C×U12×f1振蕩電路的電容器容量值與工作頻率的設(shè)計在振蕩電路中，當(dāng)變壓器的額定輸出功率與振蕩電壓的峰值為定值時，電容器容量值C與工作頻率f的乘積為定值，當(dāng)確定了電容器的容量值時，可以確定振蕩電路的工作頻率；反之，當(dāng)確定了變壓器的工作頻率時，可以確定電容器的容量值C；數(shù)學(xué)關(guān)系為C＝0.25×P1÷(U12×f)f＝0.25×P1÷(C×U12)或C＝1.5×P2÷(U12×f)f＝1.5×P2÷(C×U12)2電容器管腳截面積設(shè)計電容器管腳截面積由通過電容器管腳引線的電流Ic確定，參照(1)式知Ic＝4×C×U1×f
設(shè)電容器管腳引線單位截面積的電流為Im，電容器管腳引線的截面積為S，有S＝Ic/Im＝4÷Im×C×U1×f3初級線圈與次級線圈參數(shù)設(shè)計初級線圈與次級線圈的參數(shù)包括初級線圈與次級線圈的匝數(shù)、初級線圈與次級線圈的數(shù)量、初級線圈的線徑、次級線圈的線徑。
(1)初級線圈與次級線圈的匝數(shù)設(shè)計初級線圈的匝數(shù)由次級線圈的振蕩電壓峰值及次級線圈的匝數(shù)決定。設(shè)次級線圈振蕩電壓的峰值為U2，次級線圈的匝數(shù)為N2，初級線圈的匝數(shù)為N1；其中，U1、U2、N2為已知值。有U1÷U2＝N1÷N2N1＝U1÷U2×N2(2)初級線圈與次級線圈的數(shù)量設(shè)計當(dāng)初級線圈的匝數(shù)為定值、電容器容量為定值及施加在初級線圈端口的間斷電壓幅值為定值時，初級線圈進行能量交換的阻抗為定值，進行能量交換的功率也就成了定值，設(shè)振蕩電路的實際電容容量值為C，初級線圈的匝數(shù)為定值時，一個初級線圈進行能量交換的實際功率為Px，實際工作頻率為fx。當(dāng)變壓器中振蕩電路進行能量交換的設(shè)計功率為P1，振蕩電路的設(shè)計工作頻率為f時，有P1＝4×C×U12×fPx＝4×C×U12×fxP1、Px的比值為P1÷Px＝f÷fx由于初級線圈進行能量交換的功率與初級線圈的阻抗成反比，因此，每增加一組初級線圈，就等于Px增加了一倍。當(dāng)初級線圈的數(shù)量等于P1/Px時，振蕩電路進行能量交換的實際功率與設(shè)計功率相等。
設(shè)初級線圈與次級線圈的數(shù)量為n，有n＝P1÷Px確定n值的方法取一組線圈進行實驗，測定fx的實際值，有n＝f÷fx(3)初級線圈的線徑設(shè)計設(shè)初級線圈單位截面積的額定電流為Im，初級線圈的截面積為S1，有S1＝4÷Im×C×U1×f當(dāng)初級線圈的數(shù)量為n時，S1是n個初級線圈截面積的和。
(4)次級線圈的線徑設(shè)計次級線圈的額定輸出電流由變壓器的額定輸出功率決定，設(shè)次級線圈的額定電流為I2，有P2＝0.707×U2×I2I2＝1.414×P2÷U2設(shè)次級線圈單位面積的額定電流為Im，次級線圈的截面積為S2，有S2＝I2÷Im＝1.414÷Im×P2÷U2當(dāng)次級線圈的數(shù)量為n時，S2是n個次級線圈截面積的和。
4變壓器鐵芯品種與規(guī)格設(shè)計如果變壓器的額定功率比較小，應(yīng)優(yōu)先考慮采用鐵氧體鐵芯，鐵氧體鐵芯具有價格優(yōu)勢；如果變壓器的額定輸出功率比較大，應(yīng)優(yōu)先考慮非晶鐵芯或超微晶鐵芯，非晶鐵芯或超微晶鐵芯具有體積小及線圈與鐵芯能量交換功率大的優(yōu)勢。鐵芯的規(guī)格設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮線圈的合理布設(shè)，原則上初級線圈繞制以只有1層線圈為最好，總層數(shù)不宜超過3層，在線圈能夠合理布設(shè)的前提下，盡量減小變壓器鐵芯的體積與質(zhì)量。不需要考慮電磁學(xué)中鐵芯質(zhì)量對功率的限制，因為鐵芯與電容器通過初級線圈進行能量交換的功率由C×f×U2決定，假設(shè)f＝50k時變壓器的輸出功率與鐵芯質(zhì)量比為1瓦/克，那么f＝500k時變壓器的輸出功率與鐵芯質(zhì)量比就是10瓦/克，f＝5M時變壓器的輸出功率與鐵芯質(zhì)量比就是100瓦/克。
(二.二)開關(guān)電路的設(shè)計方法及設(shè)計內(nèi)容設(shè)計方法開關(guān)電路分單向電容電壓回擺變壓器開關(guān)電路與雙向電容電壓回擺變壓器開關(guān)電路。單向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路由串聯(lián)在振蕩電路輸入或輸出端口上的開關(guān)管組成，通過控制開關(guān)管的開關(guān)時間及開關(guān)管允許通過的電流，實現(xiàn)由開關(guān)管控制間斷電壓的波形寬度、間斷電壓的工作頻率、間斷電壓通過初級線圈的電流。雙向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路有開關(guān)管及可控制二級管組成，開關(guān)管串聯(lián)在振蕩電路的輸入端口或輸出端口，通過開關(guān)電路中的可控制二級管可以改變振蕩電路輸入端口或輸出端口的連接方向，通過開關(guān)電路中的開關(guān)管可以控制間斷電壓的波形寬度、間斷電壓的工作頻率、間斷電壓的電壓方向及間斷電壓通過初級線圈的電流。
開關(guān)電路中的開關(guān)管可以采用電流控制，也可以采用電壓控制，用電壓控制的開關(guān)管更適用于數(shù)控電路直接控制，故開關(guān)電路中的開關(guān)管盡可能采用電壓控制的開關(guān)管，如場效應(yīng)管。
設(shè)計內(nèi)容包括開關(guān)管的開關(guān)時間、工作頻率、額定工作電流。
在開關(guān)電路的設(shè)計中，變壓器的額定輸出功率、變壓器輸入端口的電壓值、間斷電壓的工作頻率為已知參數(shù)。設(shè)振蕩電路一個工作周期的時間為t0，一個間斷電壓的時間寬度為t，開關(guān)管的額定電流為Ik，kt＝t/t0在電容電壓回擺變壓器中，kt是一個確定值，kt可以在設(shè)計時選定，也可以在實驗過程中選定。
1、單向電容電壓回擺變壓器中開關(guān)電路的設(shè)計內(nèi)容開關(guān)管施加在初級線圈端口的間斷電壓的時間寬度可以小于0.5×t0且大于0.25×t0，變壓器在一個周期內(nèi)的輸出功率與開關(guān)管施加在初級線圈端口的功率相等，有(1)間斷電壓在一個周期內(nèi)的時間寬度范圍t0＝1÷f0.25×t0≤t≤0.5×t0(2)開關(guān)管的額定電流Ik×U×t＝P2×t0Ik＝t0÷t×P2÷U＝P2÷(kt×U)2雙向電容電壓回擺變壓器中開關(guān)電路的設(shè)計內(nèi)容(1)開關(guān)電路與振蕩電路的連接方向設(shè)計。在雙向電容電壓回擺變壓器中，振蕩電路在一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，施加在振蕩電路端口的兩個間斷電壓的方向相反，因此，開關(guān)電路與振蕩電路的連接方向在一個周期內(nèi)要發(fā)生一次變化。連接方向的變化分為雙開關(guān)管方向變化與單開關(guān)管方向變化。
雙開關(guān)管方向變化的設(shè)計方法外加電壓的正極通過兩個可控制二極管分別聯(lián)接振蕩電路的兩個端口，用兩個開關(guān)管分別連接振蕩電路的兩個端口，當(dāng)兩個可控制二極管中的一個二極管開啟另一個二極管關(guān)閉時，開啟的二極管總能與其中的一個開關(guān)管形成與振蕩電路的串聯(lián)關(guān)系，通過對兩個可控制二極管開啟、關(guān)閉的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)開關(guān)電路與振蕩電路連接方向的變化。如圖5.1所示，當(dāng)可控制二極管J2關(guān)閉、J1開啟時，開關(guān)管K1與振蕩電路形成串聯(lián)關(guān)系；當(dāng)可控制二極管J1關(guān)閉、J2開啟時，開關(guān)管K2與振蕩電路形成串聯(lián)關(guān)系。
單開關(guān)管方向變化的設(shè)計方法外加電壓的正極通過兩個可控制二極管分別連接振蕩電路的兩個端口，在振蕩電路的兩個端口再分別用兩個可控制二極管連接到一個開關(guān)管上，通過同時開啟兩個二極管與同時關(guān)閉二個二極管，可以實現(xiàn)開關(guān)管與振蕩電路連接方向的變化。如圖5.2所示，當(dāng)可控制二極管J1、J2同時開啟并J3、J4同時關(guān)閉時，開關(guān)管與振蕩電路形成一個方向的連接關(guān)系；當(dāng)可控制二極管J3、J4同時開啟并J1、J2同時關(guān)閉時，開關(guān)管與振蕩電路形成另一個方向的連接關(guān)系。
(2)間斷電壓在一個周期內(nèi)的時間寬度范圍0.25×t0≤t≤0.5×t0(2)開關(guān)管的額定電流2×Ik×U×t＝P2×t0Ik＝0.5×t0÷t×P2÷U＝0.5×P2÷(kt×U)(二.三)監(jiān)測電路設(shè)計在電容電壓回擺變壓器中，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)控電路根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)控制開關(guān)電路工作，因此，監(jiān)測電路依據(jù)數(shù)控電路的要求進行設(shè)計。
數(shù)控電路有三種功能(1)控制施加在振蕩電路端口的間斷電壓的工作頻率及間斷電壓寬度。(2)控制通過開關(guān)電路的工作電流。(3)控制交流變壓器的輸出波形。
根據(jù)數(shù)控電路的三種功能，監(jiān)測電路有三種類型。
1監(jiān)測振蕩電路的工作頻率及間斷電壓的寬度該監(jiān)測電路的監(jiān)測數(shù)據(jù)為電容電壓回擺點的發(fā)生時間，監(jiān)測電路的設(shè)計位置可以在初級線圈的端口，也可以在次級線圈的端口。
2監(jiān)測開關(guān)電路的工作狀態(tài)該監(jiān)測電路的監(jiān)測數(shù)據(jù)為振蕩電路中振蕩電壓的峰值或次級線圈中振蕩電壓的峰值或輸出整流后的電壓值，該監(jiān)測電路的設(shè)計位置可以在初級線圈的端口，也可以在次級線圈的端口，還可以在變壓器次級線圈整流電路后的輸出端口。
3監(jiān)測工頻交流輸出或變頻交流輸出監(jiān)測工頻交流輸出的監(jiān)測電路的設(shè)計位置在交流變壓器的輸入端口；監(jiān)測變頻交流輸出的監(jiān)測電路的位置在變壓器的輸出端口。
監(jiān)測電路的特征是；所有的電容電壓回擺變壓器都需要監(jiān)測初級線圈端口或次級線圈端口的電容電壓回擺點發(fā)生時間，監(jiān)測初級線圈端口或次級線圈端口的振蕩電壓峰值或變壓器輸出端口的電壓值；工頻輸出交流變壓器還需要監(jiān)測輸入端口的交流頻率；變頻交流輸出變壓器需要監(jiān)測變壓器輸出端口的頻率。
(二.四)數(shù)控電路設(shè)計數(shù)控電路可以是一臺計算機，也可以是一個單片機，它向開關(guān)電路中的開關(guān)管及可控制二極管分別輸出電壓信號；向開關(guān)管發(fā)出的電壓信號的時間寬度控制開關(guān)管的開關(guān)時間；向開關(guān)管發(fā)出的電壓信號的電壓幅值控制開關(guān)管允許通過的電流；向可控制二極管發(fā)出的電壓信號控制振蕩電路與開關(guān)電路的連接轉(zhuǎn)換。
數(shù)控電路的特征是在電容電壓回擺變壓器中，預(yù)置啟動參數(shù)，由數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出啟動電壓信號，啟動振蕩電路工作；在振蕩電路的工作過程中，數(shù)控電路在電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號，電壓信號控制開關(guān)管向振蕩電路施加間斷電壓；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出的電壓信號的時間寬度及頻率控制振蕩電路的工作頻率；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出的電壓信號的幅值控制振蕩電路的能量交換功率及振蕩電壓的幅值；控制振蕩電路的能量交換功率及振蕩電壓幅值的方法，可以采用恒壓輸出控制，可以采用曲線電壓輸出控制，可以采用上限電壓輸出控制，可以采用上限功率輸出控制；當(dāng)振蕩電路采用雙向加速時，數(shù)控電路要控制可控制二極管的開啟與關(guān)斷，實現(xiàn)振蕩電路與開關(guān)電路連接方向的適時變換。
1電容電壓回擺變壓器的啟動參數(shù)啟動參數(shù)是數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出的第一個電壓信號參數(shù)，電壓信號控制開關(guān)電路向初級線圈施加第一個間斷電壓，間斷電壓在振蕩電路中形成振蕩波形。啟動參數(shù)包括電壓信號的寬度、電壓信號的波形及電壓幅值。
電壓信號的寬度設(shè)第一個電壓信號的時間寬度為t1，振蕩電路的設(shè)計振蕩頻率為f，有2×t1＝1÷f電壓信號的波形電壓信號的波形可以是方波、梯形波、正弦波、三角波、鋸齒波等波形。在振蕩電路中，以開關(guān)電路允許通過的電流為常數(shù)，當(dāng)間斷電壓的波形由方波變?yōu)樘菪尾?、或有梯形波變?yōu)檎也?、或有正弦波變?yōu)槿遣〞r，變壓器振蕩電壓的峰值減小；當(dāng)間斷電壓的波形由三角波變?yōu)檎也ā⒒蛴姓也ㄗ優(yōu)樘菪尾?、或有梯形波變?yōu)榉讲〞r，變壓器振蕩電壓的峰值增大。顯然，啟動參數(shù)的電壓信號波形要用實驗方法確定，但原則上不采用方波，因為當(dāng)間斷電壓的幅值較大時，方波間斷電壓進行加速容易產(chǎn)生尖脈沖。電壓信號的波型一般應(yīng)采用梯形波或正弦波，梯形波的梯度也要用實驗的方法確定。
啟動參數(shù)的電壓信號幅值要用實驗的方法確定。
2單向電容電壓回擺變壓器中振蕩電路電壓波形的控制方法當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為直流電壓時，數(shù)控電路限據(jù)啟動參數(shù)向開關(guān)電路發(fā)出第一個電壓信號并控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第一個間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測到與間斷電壓同向的電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出第二個電壓信號并控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第二個間斷電壓；同理，所有施加在初級線圈端口的間斷電壓，都要根據(jù)監(jiān)測電路提供的與間斷電壓同向的電容電壓回擺點及已發(fā)生的上一個波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，由數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號并控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加間斷電壓。
當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交變電壓時，首先要把交變電壓用全波整流或半波整流的方法轉(zhuǎn)換成同向半波電壓。在單向電容電壓回擺變壓器中，監(jiān)測電路監(jiān)測輸入端口整流后的電壓相位及振蕩電路的電容電壓回擺點；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到半波電壓的起始點時，根據(jù)預(yù)置的啟動參數(shù)，數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第一個間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到的電容電壓回擺點與整流后的電壓同方向時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出第二個電壓信號并控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第二個間斷電壓；同理，所有施加在初級線圈端口的間斷電壓，都要根據(jù)監(jiān)測電路監(jiān)測到的與整流后電壓同方向的電容電壓回擺點及已發(fā)生的上一個波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，由數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號并控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到輸入端口的電壓為0時，數(shù)控電路停止工作。當(dāng)監(jiān)測電路再次監(jiān)測到半波電壓的起始點時，數(shù)控電路的工作過程與上述的工作過程相同。
3雙向電容電壓回擺變壓器中振蕩電路電壓波形的控制方法當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為直流電壓時，根據(jù)啟動參數(shù)，數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第一個間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測到反向電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路向開關(guān)電路中的可控制二極管和開關(guān)管分別發(fā)出電壓信號，通過電壓信號關(guān)閉或開啟可控制二極管進而調(diào)整開關(guān)管與振蕩電路的連接方向，通過電壓信號控制開關(guān)管向初級線圈端口施加反向間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測到正向電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路向開關(guān)電路中的可控制二極管及開關(guān)管分別發(fā)出電壓信號，通過電壓信號關(guān)閉或開啟可控制二極管進而調(diào)整開關(guān)管與振蕩電路的連接方向，通過電壓信號控制開關(guān)管向初級線圈端口施加正向間斷電壓；同理，所有施加在初級線圈端口的間斷電壓，都要根據(jù)已發(fā)生的上一個波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，由數(shù)控電路控制可控制二極管及開關(guān)管向初級線圈端口施加正向或反向間斷電壓。
當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交變電壓時，首先要把交變電壓用全波整流或半波整流的方法轉(zhuǎn)換成同向半波電壓。在雙向電容電壓回擺變壓器中，監(jiān)測電路監(jiān)測振蕩電路的電壓和輸入端口電壓的相位，當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到半波電壓的起始點時，根據(jù)啟動參數(shù)，數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加第一個間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到反向電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加反向間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測到正向電容電壓回擺點時，根據(jù)監(jiān)測的已發(fā)生波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加正向間斷電壓；同理，所有施加在初級線圈端口的間斷電壓，都要根據(jù)已發(fā)生的上一個波形的工作頻率，緊鄰電容電壓回擺點，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路向初級線圈端口施加正向或反向間斷電壓；當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到輸入端口的電壓為0時，數(shù)控電路停止工作。當(dāng)監(jiān)測電路再次監(jiān)測到半波電壓的起始點時，數(shù)控電路的工作過程與上述的工作過程相同。
4電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法在電容電壓回擺變壓器中，由電容器、初級線圈、鐵芯組成了振蕩電路，在振蕩電路中，電容器與鐵芯通過初級線圈相互交換能量，振蕩電壓是進行能量交換的電流與能量交換的阻抗兩者的乘積。設(shè)電容器與鐵芯進行能量交換，初級線圈在進行能量交換時的阻抗為R，在進行能量交換時的電流為I，振蕩電壓為U1，有U1＝I×R在電容電壓回擺變壓器中，間斷電壓或電容電壓通過初級線圈對鐵芯內(nèi)的電子加速，鐵芯內(nèi)被加速的電子數(shù)量與鐵芯的材料性質(zhì)及鐵芯的體積相關(guān)，當(dāng)鐵芯的材料及鐵芯的體積確定后，鐵芯內(nèi)被加速的電子數(shù)量有一個極限值，當(dāng)鐵芯內(nèi)被加速的電子數(shù)量達(dá)到極限值時，間斷電壓或電容電壓就無法對鐵芯內(nèi)的運動電子進行加速。當(dāng)鐵芯內(nèi)的運動電子沒有達(dá)到極限值時，電容器與鐵芯通過初級線圈進行能量交換的電流與開關(guān)電路允許通過的電流相關(guān)，開關(guān)電路允許通過的電流越大，電容器與鐵芯通過初級線圈進行能量交換的電流就越大；開關(guān)電路允許通過的電流越小，電容器與鐵芯通過初級線圈進行能量交換的電流也就越小。
在電容電壓回擺變壓器中，以鐵芯內(nèi)的運動電子數(shù)量沒有達(dá)到極限值為前提，當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流增大時，進行能量交換的電流增大，振蕩電壓的峰值就會增大；當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流為常數(shù)時，進行能量交換的電流為常數(shù)，振蕩電壓的峰值也就為常數(shù)；反之，當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流減小時，進行能量交換的電流減小，振蕩電壓的峰值就會減小。
在電容電壓回擺變壓器中，以鐵芯內(nèi)的運動電子數(shù)量沒有達(dá)到極限值為前提，電容器與鐵芯通過初級線圈進行能量交換的電流與變壓器的輸出功率相關(guān)，當(dāng)變壓器的輸出功率及電容器與鐵芯進行能量交換的電流為常數(shù)時，振蕩電壓的峰值為常數(shù)；當(dāng)電容器與鐵芯進行能量交換的電流沒有發(fā)生變化而輸出功率增大時，鐵芯內(nèi)用于與電容器進行能量交換的功率減小，鐵芯與電容器通過初級線圈進行能量交換的電流減小，振蕩電壓的峰值減??；當(dāng)電容器與鐵芯進行能量交換的電流沒有發(fā)生變化而輸出功率減小時，鐵芯內(nèi)用于與電容器進行能量交換的功率增大，鐵芯與電容器通過初級線圈進行能量交換的電流增大，振蕩電壓的峰值增大。
在電容電壓回擺變壓器中，以鐵芯內(nèi)的運動電子數(shù)量沒有達(dá)到極限值為前提，通過控制開關(guān)電路的電流可以控制變壓器的振蕩電壓幅值，根據(jù)變壓器的使用環(huán)境及使用要求，可以采用不同的控制方法控制開關(guān)電路中的電流。
方法1恒壓輸出變壓器的振蕩電壓控制方法在變壓器中設(shè)置監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路可以設(shè)置在初級線圈端口，可以設(shè)置在次級線圈端口，也可以設(shè)置在變壓器的直流或交流輸出端口，并設(shè)置監(jiān)測位置的標(biāo)準(zhǔn)電壓值，當(dāng)監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供實時監(jiān)測的實際電壓值時，數(shù)控電路比較實際電壓值與標(biāo)準(zhǔn)電壓值的差值，當(dāng)實際電壓值大于標(biāo)準(zhǔn)電壓值時，數(shù)控電路減小向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值，當(dāng)實際電壓值小于標(biāo)準(zhǔn)電壓值時，數(shù)控電路增大向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值。
恒壓輸出的變壓器一般情況下適用于小功率、電壓穩(wěn)定性要求高的電子儀器、儀表及一些特殊的電子設(shè)備，不應(yīng)該在一般的大功率電器上使用恒壓變壓器。由于本發(fā)明很容易實現(xiàn)用戶變壓器的恒壓輸出，如果大量用戶變壓器采用恒壓輸出，電網(wǎng)在用電高峰時的負(fù)荷彈性差；除必須使用穩(wěn)壓輸出的用戶變壓器外，大量的用戶變壓器應(yīng)該采用與電網(wǎng)電壓等比例降壓的方式，在用電高峰時，以不損害用戶電器安全為前提，適當(dāng)降低用戶電壓，也就相應(yīng)地降低了電網(wǎng)負(fù)荷，增強了電網(wǎng)的負(fù)荷彈性。
(1)單向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法當(dāng)監(jiān)測電路的監(jiān)測點為次級線圈時，設(shè)次級線圈振蕩電壓的峰值為Ua，次級線圈振蕩電壓的設(shè)計峰值為Ub，k＝Ua÷Ub；當(dāng)電路監(jiān)測到次級線圈中與間斷電壓同向的振蕩電壓峰值Ua值時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
同理，當(dāng)監(jiān)測點為初級線圈時，設(shè)初級線圈振蕩電壓的峰值為Ua，初級線圈振蕩電壓的設(shè)計峰值為Ub，k＝Ua÷Ub；當(dāng)電路監(jiān)測監(jiān)測到初級線圈中與間斷電壓同向的振蕩電壓峰值Ua值時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
(2)雙向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法雙向電容電壓回擺變壓器在一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，有兩個開關(guān)電路，每一個開關(guān)電路控制一個方向上的間斷電壓。在一個周期內(nèi)，正方向上的間斷電壓控制負(fù)方向上的電容電壓峰值，負(fù)方向上的間斷電壓控制正方向上的電容電壓峰值。因此，控制振蕩電壓的方法為監(jiān)測所有的電容電壓回擺點的峰值，由數(shù)控電路控制與該電容電壓回擺點相鄰的下一個間斷電壓的電流量。
方法2曲線電壓輸出變壓器控制振蕩電壓的方法當(dāng)要求變壓器輸出電壓隨時間變化時，在變壓器中設(shè)置監(jiān)測電路，監(jiān)測電路的監(jiān)測位置可以是初級線圈端口，可以是次級線圈端口，也可以是變壓器的輸出端口，并設(shè)置監(jiān)測位置的曲線方程為U(t)，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供實時監(jiān)測的實際電壓值，當(dāng)t＝ti，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供的實際電壓值為Ua(i)，由曲線方程U(t)解算的電壓峰為Ub(ti)，取k＝Ua(ti)÷Ub(ti)，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為直流電壓，輸出端口的電壓峰值為曲線時，經(jīng)過整流、濾波后，變壓器的輸出端能夠?qū)崿F(xiàn)交流電壓輸出或無級變頻交流電壓輸出。
當(dāng)變壓器輸入端口為交流電壓，輸出端口為曲線峰值電壓時，經(jīng)過整流電路后，曲線電壓輸出變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)等頻率交流輸出。
(1)單向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法當(dāng)變壓器輸入端口為直流電壓，監(jiān)測電路的監(jiān)測位置為次級線圈時，設(shè)置次級線圈振蕩電壓峰值的曲線方程為U(t)，t＝ti時，監(jiān)測電路監(jiān)測的次級線圈與直流電壓同向的振蕩電壓峰值為Ua(ti)，由曲線方程解算的次級線圈的電壓峰值為Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
同理，當(dāng)變壓器輸入端口為直流電壓，監(jiān)測電路的監(jiān)測位置為初級線圈時，設(shè)置初級線圈振蕩電壓峰值的曲線方程為U(t)，t＝ti時，監(jiān)測電路監(jiān)測的初級線圈與直流電壓同向的振蕩電壓峰值為Ua(ti)，由曲線方程解算初級線圈的電壓峰值為Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
當(dāng)變壓器的輸入端口與輸出端口為相同頻率的交流電壓時，變壓器輸入端的交流電壓要經(jīng)過整流電路成為同向電壓波形，在輸入端的整流電路后設(shè)置一個監(jiān)測電路，在次級線圈端口設(shè)置一個監(jiān)測電路，設(shè)次級線圈振蕩電壓峰值的曲線方程為U(t)，U(t)與輸入端整流電路后電壓波形的相位及頻率相同，由輸入端整流電路后的監(jiān)測電路監(jiān)測電壓波形的起始時間，該起始時間作為曲線方程U(t)的頻率參數(shù)及時間參數(shù)，t＝ti時，次級線圈端口的監(jiān)測電路監(jiān)測的振蕩電壓峰值為Ua(ti)，由曲線方程解算的次級線圈振蕩電壓的峰值為Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
同理，當(dāng)監(jiān)測振蕩電路中振蕩電壓的位置在初級線圈的端口時，設(shè)初級線圈振蕩電壓峰值的曲線方程為U(t)，U(t)與輸入端整流電路后電壓波形的相位及頻率相同，輸入端整流電路后的監(jiān)測電路監(jiān)測電壓波形的起始時間，該起始時間作為曲線方程U(t)的頻率參數(shù)及時間參數(shù)，t＝ti時，初級線圈端口的監(jiān)測電路監(jiān)測的振蕩電壓峰值為Ua(ti)，由曲線方程解算的初級線圈振蕩電壓的峰值為Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
(2)雙向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法雙向電容電壓回擺變壓器在一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，有兩個開關(guān)電路，每一個開關(guān)電路控制一個方向上的間斷電壓。在一個周期內(nèi)，正方向上的間斷電壓控制負(fù)方向上的電容電壓峰值，負(fù)方向上的間斷電壓控制正方向上的電容電壓峰值。因此，控制振蕩電壓的方法為監(jiān)測所有的電容電壓回擺點的峰值，由數(shù)控電路控制與該電容電壓回擺點相鄰的下一個間斷電壓的電流量。
方法3上限電壓輸出變壓器控制振蕩電壓的方法當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為直流電壓時，在變壓器的輸入端口設(shè)置一個監(jiān)測電路，設(shè)該端口的直流電壓值為U，監(jiān)測電路監(jiān)測的實時電壓值為U0。
當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交流電壓時，交流電壓需要經(jīng)過整流電路變換成同向電壓波形，在變壓器輸入端口的整流電路后端設(shè)置一個監(jiān)測電路，設(shè)該端口的交流電壓峰值為U，監(jiān)測電路監(jiān)測的實時電壓峰值為U0。
在初級線圈端口或次級線圈端口設(shè)置一個監(jiān)測電路，設(shè)置該端口振蕩電壓峰值的標(biāo)準(zhǔn)值為Ub，實時監(jiān)測的振蕩電壓峰值為Ua；U≥U0時，取k＝Ua÷Ub，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流，當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流，使變壓器的輸出端口按恒壓輸出；U＜U0時，取k＝U0/U×Ua÷Ub，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流，當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流，使變壓器輸出端口按等比例電壓輸出。
例如一個變壓器的輸入端為220伏交流電壓，交流電壓的峰值為310伏，輸出端為30伏直流電壓，設(shè)置變壓器輸入端口交流電壓的峰值電壓上限350伏，當(dāng)輸入端的交流電壓峰值超過350伏時，輸出端按30伏的直流電壓輸出；當(dāng)輸入端的交流電壓峰值為x，x小于350伏時，輸出端按x÷220×30伏的直流電壓輸出。
一般電器上使用的變壓器或電網(wǎng)的用戶端電力變壓器，應(yīng)該采用上限電壓輸出。
(1)單向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法設(shè)變壓器輸入端口的直流電壓值或交流電壓峰值為U，設(shè)置輸入端口的直流電壓或交流電壓峰值的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U0，次級線圈振蕩電壓的峰值為Ua，次級線圈振蕩電壓的設(shè)計峰值為UbU≥U0時，取k＝Ua÷Ub，當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到次級線圈端口與間斷電壓同方向的振蕩電壓峰值Ua時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
U＜U0時，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到次級線圈端口與間斷電壓同方向的振蕩電壓峰值Ua時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
同理，當(dāng)監(jiān)測振蕩電路中振蕩電壓的位置在初級線圈端口時，設(shè)初級線圈振蕩電壓的峰值為Ua，初級線圈振蕩電壓的設(shè)計峰值為UbU≥U0時，取k＝Ua÷Ub，當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到初級線圈端口與間斷電壓同方向的振蕩電壓峰值Ua時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
U＜U0時，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，當(dāng)監(jiān)測電路監(jiān)測到初級線圈端口的電壓Ua值時，計算k值，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
(2)雙向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法雙向電容電壓回擺變壓器在一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，有兩個開關(guān)電路，每一個開關(guān)電路控制一個方向上的間斷電壓。在一個周期內(nèi)，正方向上的間斷電壓控制負(fù)方向上的電容電壓峰值，負(fù)方向上的間斷電壓控制正方向上的電容電壓峰值。因此，控制振蕩電壓的方法為監(jiān)測所有的電容電壓回擺點的峰值，由數(shù)控電路控制與該電容電壓回擺點相鄰的下一個間斷電壓的電流量。
方法4上限功率輸出變壓器控制振蕩電壓的方法設(shè)置輸出功率上限值及輸出端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值。監(jiān)測輸出端口的電壓值及電流值，當(dāng)輸出功率小于設(shè)置的上限值時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使變壓器按標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出；當(dāng)輸出功率大于設(shè)置的上限值時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使變壓器的輸出功率小于設(shè)置的上限值，此時不再考慮輸出電壓的變化。
電網(wǎng)高壓、超高壓變壓器輸入端的功率都有上限，應(yīng)采用上限功率輸出。例如一個正在以50萬KW功率發(fā)電的發(fā)電廠，通過升壓變壓器向電網(wǎng)輸送電能時，它的輸出功率上限就是50萬KW。上限功率輸出變壓器的作用用電高峰時把發(fā)電廠的電能最大限度的輸送出去，用電低谷時在保障發(fā)電設(shè)備安全的前提下穩(wěn)定輸出電壓。
(1)單向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法在變壓器的輸出端口設(shè)置監(jiān)測電路，監(jiān)測電路監(jiān)測輸出端口的電壓值與電流值。設(shè)變壓器輸出端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U20，輸出功率的上限值為P20，監(jiān)測電路監(jiān)測輸出端口的實時電壓值為U2，實時電流值為I2，有P2＝U2×I2；當(dāng)P2小于P20時，按照輸出端口恒壓控制的方法，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，保障輸出端口的振蕩電壓按恒壓輸出；當(dāng)P2大于P20時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使輸出功率不大于P20，由于減小了輸出功率，輸出端口的振蕩電壓值會下降，此時不再考慮輸出端口振蕩電壓的變化。
同理，在輸入電路的端口設(shè)置監(jiān)測電路，監(jiān)測電路監(jiān)測輸入端口的電壓值與電流值。設(shè)變壓器輸入端口的上限輸入功率為P10，輸入端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U10，監(jiān)測電路監(jiān)測輸入端口的實時電壓值為U1，實時電流值為I1，有P1＝U1×I1；當(dāng)P1小于P10時，按照輸入端口恒壓控制的方法，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，保障輸入端口的振蕩電壓按恒壓輸出；當(dāng)P1大于P10時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使輸入功率不大于P10，由于減小了輸入功率，輸入端口的振蕩電壓值會下降，此時不再考慮輸入端口振蕩電壓的變化。
(2)雙向電容電壓回擺變壓器控制振蕩電壓的方法雙向電容電壓回擺變壓器在一個周期內(nèi)有兩個電容電壓回擺點，有兩個開關(guān)電路，每一個開關(guān)電路控制一個方向上的間斷電壓。在一個周期內(nèi)，正方向上的間斷電壓控制負(fù)方向上的電容電壓峰值，負(fù)方向上的間斷電壓控制正方向上的電容電壓峰值。因此，控制振蕩電壓的方法為監(jiān)測所有的電容電壓回擺點的峰值，由數(shù)控電路控制與該電容電壓回擺點相鄰的下一個間斷電壓的電流量。
方法5電容電壓回擺變壓器通過間斷電壓波形控制振蕩電壓的方法通過間斷電壓的波形控制振蕩電壓的原理與通過電流控制振蕩電壓的原理相同。通過電流控制振蕩電壓的原理是在保持間斷電壓波形不變的前提下，改變間斷電壓的電流值，也就改變了初級線圈與鐵芯交換能量的功率，因而也就改變了振蕩電壓。通過間斷電壓的波形控制振蕩電壓的原理是在保持電流不變的前提下，改變間斷電壓的波形，也就改變了初級線圈與鐵芯交換能量的功率，因而也就改變了振蕩電壓。
間斷電壓的波形可以是方波、梯形波、正弦波、三角波、鋸齒波等波形。當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流不發(fā)生變化，間斷電壓的波形由方波變?yōu)樘菪尾?、或有梯形波變?yōu)檎也?、或有正弦波變?yōu)槿遣〞r，變壓器振蕩電壓的峰值減?。婚g斷電壓的波形由三角波變?yōu)檎也?、或有正弦波變?yōu)樘菪尾?、或有梯形波變?yōu)榉讲〞r，變壓器振蕩電壓的峰值增大。
(二.五)電容電壓回擺變壓器內(nèi)部的直流供電電路設(shè)計電容電壓回擺變壓器內(nèi)部的直流供電電路向監(jiān)測電路、數(shù)控電路提供低電壓直流電，供電電路可以根據(jù)需要采用不同的方法。
方法1用電容分壓電路直接供電由于變壓器內(nèi)部直流電路的功率較小，可以從變壓器的輸入端口經(jīng)電容分壓的方式獲取。當(dāng)變壓器的輸入電壓為直流電時，直流電路由電容分壓電路、穩(wěn)壓電路組成。當(dāng)變壓器的輸入電壓為交流電時，直流電路由整流電路、電容分壓電路、穩(wěn)壓電路組成。
電容分壓電路由兩個串聯(lián)的電容器組成，設(shè)變壓器模塊輸入端口的有效電壓為U0，兩個電容器的容量值分別為C1、C2，從C1的兩個端口分壓，分壓的有效值為Ua，有(U0-Ua)/Ua＝C1/C2.........................(7)例當(dāng)U0＝220伏，Ua＝15伏，C1＝1微法時，C2＝0.073微法，其中，C1的耐壓值要大于45伏，C2的耐壓值要大于450伏。
當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為直流電壓時，圖6.1為電容分壓電路原理圖。當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為交流電壓時，圖6.2為電容分奪電路原理圖。
圖6.1、圖6.2所示的的工作方式為當(dāng)變壓器輸入端接通電源后，經(jīng)過電容分壓、濾波、穩(wěn)壓后，直流電壓施加在數(shù)控電路、監(jiān)測電路端口。其中，分壓電路中的二極管能夠隔離電容分壓輸出后濾波、穩(wěn)壓電路及監(jiān)測、數(shù)控電路中的容抗對分壓電路的影響。
方法2用電容分壓啟動，用變壓器次級線圈供電當(dāng)變壓器輸入端接通電源后，經(jīng)過電容分壓、濾波、穩(wěn)壓后，直流電壓施加在數(shù)控電路、監(jiān)測電路端口；數(shù)控電路啟動變壓器工作；變壓器工作后，從次級線圈2輸出的振蕩電壓經(jīng)整流、濾波電路后，施加在數(shù)控電路、監(jiān)測電路端口；數(shù)控電路控制集電器1斷開電容分壓電路。其中，次級線圈2是一個獨立的線圈。
特別說明只允許分壓電容接在整流電路的后端，不允許分壓電容接在整流電路的前端。分壓電容接在整流電路的后端時，電容與交流電電網(wǎng)形成了隔離；分壓電容接在整流電路的前端時，電容與交流電電網(wǎng)形成了并聯(lián)；當(dāng)電容與交流電電網(wǎng)并聯(lián)時，會對交流電電網(wǎng)的安全運行造成威脅。
電容分壓只適用于低電壓的情況。當(dāng)變壓器輸入端口的電壓為高電壓時，變壓器內(nèi)的直流電路應(yīng)采用其他方式的電路。
方法3用電阻分壓啟動，用變壓器次級線圈供電從變壓器的輸入端口用電阻分壓，經(jīng)整流、穩(wěn)壓后向檢測電路、數(shù)控電路提供直流電，啟動變壓器工作。當(dāng)變壓器工作后，從變壓器的次級線圈輸出交變電壓，該線圈與變壓器的輸出線圈隔離，經(jīng)整流、穩(wěn)壓后向檢測電路、數(shù)據(jù)計算與控制電路提供直流電，并同時切斷變壓器輸入端口的電阻分壓電路。
方法4從變壓器外部用獨立電源向變壓器內(nèi)部提供直流電。
(二.六)電容電壓回擺變壓器輸出端口整流電路的設(shè)計電容電壓回擺變壓器次級線圈輸出端口輸出的是高頻振蕩電壓，當(dāng)要求變壓器輸出端口輸出的是直流電壓或交流電壓或交流變頻電壓時，需要在次級線圈的端口連接整流電路，該整流電路稱為輸出端口整流電路。
1直流輸出變壓器輸出端整流電路的設(shè)計方法直流輸出變壓器輸出端整流電路有兩種設(shè)計方法1整流、濾波方法在變壓器次級線圈的端口連接整流、濾波電路，變壓器次級線圈輸出的高頻振蕩電壓經(jīng)整流、濾波后能夠?qū)崿F(xiàn)直流輸出。
方法2異相位并聯(lián)方法在變壓器次級線圈的輸出端口連接整流電路，把兩個以上相同變壓器的整流電路輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出直流電壓。
2交流輸出或變頻交流輸出變壓器輸出端整流電路的設(shè)計方法電容電壓回擺變壓器要實現(xiàn)交流輸出或變頻交流輸出，需要通過整流電路把變壓器次級線圈端口的高頻振蕩電壓轉(zhuǎn)換成電壓峰值曲線為交流或變頻交流電壓，再通過異相位并聯(lián)方法實現(xiàn)交流輸出或變頻交流輸出。
交流輸出或變頻交流輸出的整流電路有兩種設(shè)計方法1一個整流橋進行交流輸出或變頻交流輸出的方法在電容電壓回擺變壓器次級線圈的輸出端口連接一個整流橋，在整流橋的每個輸出端口連接兩個可控制二極管，兩個可控制二極管分別連接到變壓器的輸出端口，通過控制四個二極管的開通與關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓峰值曲線按交流電壓或變頻交流電壓的模式輸出。圖7.1為整流電路的原理電路圖。
方法1中數(shù)控電路的控制方法設(shè)置電容電壓回擺變壓器的輸出電壓峰值曲線方程，該曲線方程一般為正弦波，當(dāng)變壓器工作時，關(guān)閉二極管J5、J6，開通二極管J7、J8，變壓器輸出端的電壓峰值曲線為正半周輸出；關(guān)閉二極管J7、J8，開通二極管J5、J6，變壓器輸出端口的電壓曲線為負(fù)半周輸出。
方法1中的異相位并聯(lián)方法一個變壓器只能達(dá)到電壓峰值曲線按交流電壓或變頻交流電壓的模式輸出，不能實現(xiàn)交流電壓或變頻交流電壓輸出。用一個數(shù)控電路控制多個相同的電容電壓回擺變壓器，多個變壓器中的振蕩電路工作頻率相同，振蕩電路中振蕩電壓的峰值相同，但振蕩電壓的相位不同，把兩個以上相同變壓器的整流橋輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出交流電壓或變頻交流電壓。
方法2兩個整流橋進行交流輸出的方法在電容電壓回擺變壓器次級線圈的輸出端口并聯(lián)兩個整流橋，兩個整流橋輸入端口反向并聯(lián)，在兩個整流橋的輸出端口分別取一個極性相反的端口并聯(lián)成一個端口，剩余的兩個端口各連接一個可控制二極管后并聯(lián)成一個端口，由數(shù)控電路控制兩個可控制二極管的開通與關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓峰值曲線按交流電壓的模式輸出。圖7.2為整流電路的原理電路圖。
方法2中數(shù)控電路控制整流電路的方法設(shè)置電容電壓回擺變壓器的輸出電壓峰值曲線為正弦波，變壓器工作時，當(dāng)數(shù)控電路控制二極管J6關(guān)閉，二極管J5開通時，變壓器輸出端口的電壓曲線為正半周輸出；當(dāng)數(shù)控電路控制二極管J5關(guān)閉，二極管J6開通時，變壓器輸出端口的電壓曲線為負(fù)半周輸出。
方法2中的異相位并聯(lián)方法一個變壓器只能達(dá)到電壓峰值曲線按交流電壓或變頻交流電壓的模式輸出，不能實現(xiàn)交流電壓或變頻交流電壓輸出。用一個數(shù)控電路控制多個相同的電容電壓回擺變壓器，多個變壓器中的振蕩電路工作頻率相同，振蕩電路中振蕩電壓的峰值相同，但振蕩電壓的相位不同，把兩個以上相同變壓器的整流橋輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出交流電壓或變頻交流電壓。
特別說明方法1、方法2中，當(dāng)多個變壓器并聯(lián)時，只允許在整流橋的輸出端口關(guān)聯(lián)，不允許在整流橋的輸入端口并聯(lián)。
(二.七)設(shè)計電路板設(shè)計電路板時要考慮電路板上的連接線通過的電流量，如果電路板上的連接線不能滿足通過的電流要求，應(yīng)考慮直接用導(dǎo)線連接。
四電容電壓回擺變壓器輸出端并聯(lián)的設(shè)計方法當(dāng)變壓器的輸出端相并聯(lián)時，各個變壓器必須是獨立的電壓源，獨立的電壓源相互之間不相關(guān)、不影響。
當(dāng)多個變壓器相并聯(lián)時，如果各個變壓器的輸出電壓不相等，并聯(lián)后的輸出電壓是電壓最高的變壓器的輸出電壓，并聯(lián)后的輸出功率是電壓最高的變壓器的輸出功率；如果各個變壓器輸出的是直流電壓并且各個變壓器輸出的直流電壓相等時，并聯(lián)后的輸出功率是各個變壓器輸出功率之和；如果各個變壓器輸出的是交流電壓并且各個變壓器輸出的交流電壓的頻率、峰值、相位相同時，并聯(lián)后的輸出功率是各個變壓器輸出功率之和；如果各個變壓器輸出的是交流電壓并且各個變壓器輸出的交流電壓的頻率、峰值相同而相位不相同時，并聯(lián)成的變壓器組為異相位變壓器組，異相位變壓器組輸出的電壓曲線為各個相并聯(lián)變壓器振蕩電壓的峰值曲線，異相位變壓器組的輸出功率為其中一個變壓器的峰值電壓與該變壓器額定電流的乘積。
如果變壓器并聯(lián)的目的是為了提高輸出功率，相并聯(lián)的各個變壓器的輸出電壓必須實時相等；當(dāng)變壓器的輸出端口為直流電壓時，各個變壓器輸出的直流電壓應(yīng)相等；當(dāng)變壓器輸出端口的電壓為交流電壓時，各個變壓器輸出的交流電壓的頻率、相位、峰值應(yīng)相等。多個變壓器輸出端并聯(lián)時，各個變壓器的輸出功率可以不相等，如變壓器1的輸出功率為5KW、變壓器2的輸出功率為10KW、變壓器3的輸出功率為20KW、變壓器4的輸出功率為30KW，四個變壓器的輸出端口并聯(lián)后的輸出功率為65KW。由于各個變壓器的輸出電壓不可能絕對相等，為了保障并聯(lián)后的輸出功率等于各個變壓器輸出功率之和，需要對各個變壓器的監(jiān)測電路進行標(biāo)定，使各個變壓器的輸出電壓相互之間的誤差小于一定的范圍，并利用電容電壓回擺變壓器自身的調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)在負(fù)荷狀態(tài)下各個變壓器的輸出電壓相等。
如果電容電壓回擺變壓器并聯(lián)的目的是為了輸出直流電壓，把各個變壓器的次級線圈經(jīng)過整流電路后進行并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器的頻率及電壓峰值相同而相位不相同時，并聯(lián)后能夠輸出直流電壓或交流電壓或交流變頻電壓；異相位變壓器組可以采用二個變壓器并聯(lián)、四個變壓器并聯(lián)、八個變壓器并聯(lián)的方式，多個變壓器并聯(lián)時，要求各個變壓器的工作頻率相同、電壓峰值相等，但相位不相同；當(dāng)兩個變壓器并聯(lián)時，兩個變壓器相位相差90°；當(dāng)四個變壓器并聯(lián)時，第一個變壓器與第二個變壓器相位相差45°，第二個變壓器與第三個變壓器相位相差45°，第三個變壓器與第四個變壓器相位相差45°；同理，當(dāng)八個變壓器并聯(lián)時，相位相差25°；當(dāng)通過變壓器并聯(lián)輸出直流電壓時，輸出功率等于一個變壓器振蕩電壓的峰值與額定輸出電流的乘積。
如果電容電壓回擺變壓器并聯(lián)的目的是為了輸出單相交流電壓或單相交流變頻電壓，把各個變壓器的次級線圈經(jīng)過整流電路后進行并聯(lián)，由變壓器內(nèi)的數(shù)控電路控制次級線圈輸出的振蕩電壓峰值曲線，當(dāng)同一時間各個變壓器的頻率及電壓峰值相同而相位不相同時，并聯(lián)后能夠輸出單相交流電壓或單相變頻交流電壓。
如果電容電壓回擺變壓器并聯(lián)的目的是為了輸出三相交流電壓或三相變頻交流電壓，先要把電容電壓回擺變壓器分別并聯(lián)成三個變壓器組，每個變壓器組能夠輸出單相交流電壓或單相變頻交流電壓，再把三個變壓器組的輸出端口按三角形聯(lián)接的方式進行聯(lián)接，當(dāng)每個變壓器級輸出的交流電壓或交流變頻電壓的頻率、電壓峰值相同不相同，并且每一個變壓器組與第二個變壓器組、第二個變壓器組與第三個變壓器組、第三個變壓器組與第一個變壓器組的相位分別相差120°時，能夠?qū)崿F(xiàn)三相交流電壓或三相變頻交流電壓輸出。圖8為三個變壓器組輸出端連接方法的示意圖。
電容電壓回擺變壓器輸出端并聯(lián)時需要有一個數(shù)據(jù)處理與控制電路(以下簡稱變壓器組數(shù)控電路)，變壓器組數(shù)控電路要能夠標(biāo)定各個變壓器中的監(jiān)測電路，要能夠依次啟動各個變壓器，要能夠控制每個變壓器的工作狀態(tài)，要能夠控制每一個電容電壓回擺變壓器的振蕩頻率與相位，要能夠控制變壓器組的輸出電壓。
電容電壓回擺變壓器輸出端并聯(lián)的特征是在多個電容電壓回擺變壓器整流輸出電路的后端進行并聯(lián)組成變壓器組，在變壓器組輸出端口設(shè)置一個終端監(jiān)測電路，終端監(jiān)測電路實時監(jiān)測輸出端口的直流電壓或交流波形，在變壓器組中設(shè)置一個變壓器組數(shù)控電路，終端監(jiān)測電路向變壓器組數(shù)控電路提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；利用終端監(jiān)測電路提供的數(shù)據(jù)，變壓器組數(shù)控電路對每個變壓器中的監(jiān)測電路進行標(biāo)定；在變壓器組啟動時，變壓器組數(shù)控電路控制各個變壓器間隔一定的時間逐次啟動；在變壓器工作時，變壓器組數(shù)控電路根據(jù)各個變壓器數(shù)控電路提供的工作參數(shù)，控制變壓器工作的數(shù)量；根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，在數(shù)控電路的控制下，相并聯(lián)的變壓器輸出的總功率能夠等于各個變壓器輸出功率之和；在數(shù)控電路的控制下，相并聯(lián)的變壓器能夠輸出單項交流電壓或單項變頻交流電壓，能夠輸出三相交流電壓或三項變頻交流電壓。
1變壓器中監(jiān)測電路的標(biāo)定方法標(biāo)定方法設(shè)有m個變壓器并聯(lián)成變壓器組，變壓器組輸出端的直流電壓或交流電壓峰值為Ua，設(shè)置一個輸出端監(jiān)測電路，監(jiān)測變壓器的輸出電壓Ua。
(1)在變壓器組的輸出端口加負(fù)載，負(fù)載功率小于變壓器組中任一變壓器的額定輸出功率。
(2)由變壓器組數(shù)控電路啟動變壓器1工作，輸出端監(jiān)測電路向變壓器組數(shù)控電路傳輸輸出端的電壓數(shù)據(jù)，變壓器組數(shù)控電路指示變壓器1內(nèi)的數(shù)控電路控制開關(guān)管允許通過的電流，使變壓器1輸出的直流電壓或交流電壓峰值恒為Ua當(dāng)變壓器1工作至少半個小時，變壓器1的輸出電壓恒為Ua時，變壓器1中的數(shù)控電路向變壓器組數(shù)控電路傳輸變壓器1的振蕩電壓Ua1，Ua1的數(shù)據(jù)要有足夠大的數(shù)量并取平均值。在完成上述工作后關(guān)閉變壓器1(3)由變壓器組數(shù)控電路啟動變壓器2T作，重復(fù)變壓器1的工作步驟，在變壓器2的輸出端口的直流電壓值或交流電壓峰恒為Ua時，變壓器2中的數(shù)控電路向變壓器組數(shù)控電路傳輸變壓器2的振蕩電壓Ua2，之后關(guān)閉變壓器2按照同樣的步驟取得變壓器3的數(shù)據(jù)Ua3，變壓器4的數(shù)據(jù)Ua4，直至變壓器m的數(shù)據(jù)Uam(4)標(biāo)定結(jié)果當(dāng)變壓器組輸出端的直流電壓或交流電壓的峰值為Ua時，變壓器1、變壓器2、變壓器3至變壓器m內(nèi)的振蕩電壓分別為Ua1、Ua2、Ua3......Uam當(dāng)變壓器組輸出端的直流電壓或交流電壓的峰值為Ub，可近似認(rèn)為變壓器1、變壓器2、變壓器3至變壓器m內(nèi)的振蕩電壓分別為Ub1、Ub2、Ub3......Ubm相互關(guān)系為Ua1/Ub1＝Ua2/Ub2＝Ua3/Ub3＝......＝Uam/Ubm＝Ua/Ub2變壓器逐次啟動的方法變壓器組啟動時，要采用各個變壓器依次啟動的方法。
指定一個變壓器首先啟動，如果各個變壓器的額定輸出功率不相等，要指定額定輸出功率最大的變壓器為第一個啟動變壓器，其余變壓器按額定輸出功率從大到小的順序并間隔一定時間依次啟動。設(shè)變壓器的數(shù)量為m，變壓器一個周期時間為t0，第i個變壓器與上一個變壓器的啟動間隔為ti，有ti＝t0+1/4×(i-1)/m×t0。例如變壓器組有4個變壓器，變壓器一個工作周期的時間為10微秒，則第二個變壓器的啟動間隔時間為10.625微秒，第三個變壓器的啟動間隔時間為11.25微秒，第四個變壓器的啟動間隔時間為11.975微秒。
3變壓器組工作狀態(tài)的控制方法變壓器組工作時，變壓器組的額定輸出功率與變壓器組的實際輸出功率不一定相等，當(dāng)變壓器組的實際輸出功率小于變壓器組的額定輸出功率時，應(yīng)該關(guān)閉變壓器組內(nèi)的部分變壓器；當(dāng)變壓器組內(nèi)的每個變壓器的實際輸出功率大于每個變壓器的額定輸出功率時，應(yīng)該啟動部分已經(jīng)關(guān)閉的變壓器。變壓器組要能夠根據(jù)它的實際輸出功率與額定輸出功率的差值控制變壓器組的工作狀態(tài)。
變壓器組工作狀態(tài)的控制原理當(dāng)變壓器的額定輸出功率為X1，變壓器組實際輸出功率為Y1時，變壓器組的額定輸出功率與實際輸出功率的差值為X1-Y1，當(dāng)差值約等于變壓器組中額定輸出功率最小的變壓器時，變壓器組數(shù)控電路就關(guān)閉該變壓器；關(guān)閉一個額定功率等于Z1的變壓器后，變壓器組的實際額定輸出功率為X2，X2＝X1-Z1，當(dāng)變壓器組的實際輸出功率為Y2時，變壓器組的額定輸出功率與實際輸出功率的差值為X2-Y2，根據(jù)X2-Y2的正負(fù)符號及絕對值決定是開啟或關(guān)閉某一個變壓器；但無論關(guān)閉多少變壓器，變壓器組最少要有一個變壓器工作。例如一個變壓器組有4個變壓器，變壓器1、變壓器2、變壓器3、變壓器4的額定輸出功率分別為5KW、10KW、20KW、30KW，變壓器組的額定輸出功率為65KW；當(dāng)變壓器組的實際輸出功率為60.5KW時，變壓器組數(shù)控電路就關(guān)閉變壓器1的工作；當(dāng)變壓器組的實際輸出功率為54KW時，變壓器組數(shù)控電路就關(guān)閉變壓器2、并啟動變壓器1工作；當(dāng)變壓器組的實際輸出功率為5KW時，變壓器組數(shù)控電路就只允許變壓器1工作；當(dāng)變壓器組的實際輸出功率為0.05KW時，變壓器組仍然要保證變壓器1工作。
變壓器組工作狀態(tài)的控制方法每一個變壓器的實際輸出功率與該變壓器中用于控制開關(guān)管的電壓信號幅值相關(guān)，當(dāng)變壓器的實際輸出功率增大時，數(shù)控電路增大控制開關(guān)管的電壓信號幅值；當(dāng)變壓器的實際輸出功率減小時，數(shù)控電路減小控制開關(guān)管的電壓信號幅值。在變壓器組中，設(shè)置每一個變壓器在額定輸出功率時用于控制開關(guān)管的電壓信號的幅值參數(shù)，變壓器組工作時，各個變壓器中用于控制開關(guān)管的電壓信號參數(shù)實時傳送給變壓器組數(shù)控電路，當(dāng)各個變壓器用于控制開關(guān)電路的電壓信號幅值小于設(shè)定值時，變壓器組數(shù)控電路關(guān)閉一個或數(shù)個變壓器，但至少要保證一個變壓器工作，當(dāng)各個變壓器用于控制開關(guān)電路的電壓信號幅值大于設(shè)定值時，變壓器組數(shù)控電路開啟一個或數(shù)個變壓器，直至開啟全部變壓器工作。
4變壓器組輸出電壓的控制方法變壓器組輸出電壓的控制方法，一般應(yīng)采用上限電壓輸出變壓器控制振蕩電壓的方法。設(shè)變壓器組輸入端的設(shè)置電壓為U0，輸入端的實際工作電壓為Ux；其中Ux為監(jiān)測電路監(jiān)測到的實時電壓值。
(1)Ux≥U0時的電壓控制方法變壓器組中，當(dāng)?shù)趇個變壓器中監(jiān)測電路監(jiān)測的實時電壓值為Ubi，取k＝Ubi/Uai，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
(2)Ux＜U0時的電壓控制方法Ux＜U0時，還應(yīng)該設(shè)置Ux/U0的下限值，當(dāng)Ux/U0小于下限值時，取Ux/U0的值為下限值。
變壓器組中，當(dāng)?shù)趇個變壓器中監(jiān)測電路監(jiān)測的實時電壓值為Ubi，取k＝Ux÷U0×Ubi÷Uai，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，減小開關(guān)電路允許通過的電流；當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，增大開關(guān)電路允許通過的電流。
5在變壓器組中，每個變壓器的輸入端與輸出端隔離，變壓器與變壓器間相互隔離，變壓器與變壓器組數(shù)控電路相互傳送信號或數(shù)據(jù)的通道隔離。
五電容電壓回擺變壓器或變壓器組輸出端串聯(lián)的設(shè)計方法當(dāng)變壓器的輸出端與輸入端隔離時，每一個變壓器的輸出端口就構(gòu)成了一個獨立的電壓源，多個變壓器的輸出端口可以串聯(lián)；同理，當(dāng)變壓器組的輸出端口構(gòu)成獨立的電壓源時，多個變壓器組也可以串聯(lián)。
變壓器或變壓器組串聯(lián)時，變壓器或變壓器組輸出端口的電壓為直流電壓或同相位的交流電壓，通過輸出端串聯(lián)提高輸出功率及輸出電壓。
變壓器或變壓器組輸出端串聯(lián)時，各個變壓器或各個變壓器組的輸出電流相同；當(dāng)相串聯(lián)的各個變壓器或變壓器組的額定輸出電流不相等時，串聯(lián)后的輸出電流為額定輸出電流最小的變壓器或變壓器組的額定輸出電流。
變壓器或變壓器組能夠輸出足夠大的功率及足夠高的電壓，一般不需要輸出端口再次串聯(lián)，但是，當(dāng)要求變壓器或變壓器組的輸出電壓特別高時，就需要采用輸出端串聯(lián)的方法。顯然，變壓器或變壓器組輸出端口串聯(lián)主要應(yīng)用于高壓或超高壓的直流或交流電輸送。
變壓器或變壓器組輸出端口串聯(lián)時，需要有一個數(shù)據(jù)處理與控制電路(以下簡稱數(shù)控中心)對多個變壓器或變壓器組進行管理，各個變壓器或變壓器組的數(shù)控電路向數(shù)控中心傳輸工作參數(shù)，由數(shù)控中心向各個變壓器或變壓器組分別發(fā)出控制工作的參數(shù)。
六電容電壓回擺變壓器或變壓器組輸入端串聯(lián)的設(shè)計方法在電容電壓回擺變壓器中，振蕩電路中的電容器與開關(guān)電路中的開關(guān)管都有電壓限制，當(dāng)變壓器輸入端的電壓高于電容器與開關(guān)管的要求電壓時，變壓器就無法工作。為了使變壓器能夠工作，就需要把高電壓變換成變壓器能夠工作的低電壓。多變壓器或變壓器組輸入端串聯(lián)的目的就是降低輸入端的電壓，設(shè)變壓器或變壓器組輸入端的電壓為U，變壓器或變壓器組的串聯(lián)數(shù)量為N，每個變壓器或變壓器輸入端口的電壓為Uj，有Uj＝U/N當(dāng)Uj能夠滿足變壓器或變壓器組輸入端口的工作電壓要求時，多個變壓器或變壓器組輸入端串聯(lián)后就能夠在高電壓下進行工作。
電容電壓回擺變壓器的輸入端口串聯(lián)時，相串聯(lián)的各個變壓器中的開關(guān)管同時開啟與同時關(guān)閉，通過各個變壓器輸入端口的電流相同，各個變壓器工作時的振蕩頻率相同；當(dāng)各個變壓器的輸入端口與輸出端口隔離時，各個變壓器的輸出端口可以進行串聯(lián)與并聯(lián)的組合，即各個變壓器的輸出端口可以全部并聯(lián)，也可以并聯(lián)成幾個組，并聯(lián)組再進行串聯(lián)。
變壓器或變壓器組輸入端口串聯(lián)時，需要有一個數(shù)據(jù)處理與控制電路(以下簡稱數(shù)控中心)對多個變壓器或變壓器組進行管理，各個變壓器或變壓器組的數(shù)控電路向數(shù)控中心傳輸工作參數(shù)，由數(shù)控中心向各個變壓器或變壓器組分別發(fā)出控制工作的參數(shù)。
變壓器或變壓器組輸入端口串聯(lián)時，每個變壓器或變壓器組的輸入端與輸出端隔離；變壓器與變壓器相互隔離；變壓器或組數(shù)控電路、數(shù)控中心的信號或數(shù)據(jù)傳輸通道相互隔離。
七電容電壓回擺變壓器設(shè)計過程中的實驗內(nèi)容及實驗方法實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，檢驗并完善設(shè)計方案。
實驗內(nèi)容工作頻率實驗；輸出功率實驗；控制電路程序調(diào)試實驗；元器件指標(biāo)誤差實驗；性能參數(shù)實驗等內(nèi)容。
實驗方法1變壓器工作頻率實驗的方法根據(jù)設(shè)計的工作頻率、選定的振蕩電路電容、設(shè)計的初級線圈及初級線圈的匝數(shù)，通過實驗確定變壓器的工作頻率，確定的工作頻率應(yīng)大于設(shè)計的工作頻率。方法振蕩電路與一個開關(guān)管連接成一個簡單電路，端口電壓采用直流低電壓，如25V的直流電壓，次級線圈懸空，用信號源的信號波形控制開關(guān)管工作，用示波器觀測初級線圈端口及次級線圈端口的電壓波形，通過信號源的掃描功能，找出初級線圈數(shù)量為1時能夠形成電容電壓回擺點的工作頻率；如果工作頻率達(dá)不到設(shè)計要求，初級線圈與初級線圈的數(shù)量增加到2個，在線圈數(shù)量為1時工作頻率的兩倍點附近，通過信號源的掃描功能，找出形成電容電壓回擺點的工作頻率；如果工作頻率仍達(dá)不到設(shè)計要求，再次增加初級線圈與次級線圈的數(shù)量，只到達(dá)到實驗要求時為止。
變壓器工作頻率實驗時進行的調(diào)整在進行工作頻率實驗時，對鐵芯的型號進行調(diào)整，在保證工作頻率滿足要求和合理繞制線圈的前提下，調(diào)整鐵芯型號，使鐵芯的體積最小。調(diào)整還包括鐵芯材料的調(diào)整，把鐵氧體鐵芯調(diào)換成非晶鐵芯或超微晶鐵芯能提高工作頻率。
變壓器工作頻率實驗時的注意事項開關(guān)管允許通過的電流要選擇一個合適值，既不能太大，又不能太小，上下有調(diào)整余量；振蕩電路的電容引腳截面積要能滿足工作電流的要求；線圈的數(shù)量只能從1逐次增加并逐次實驗；線圈數(shù)量大于2時，要采用平行、等距繞制，使不同線圈的相同匝與鐵芯等距，不允許不同線圈絞繞；變壓器的工作參數(shù)與采用的控制信號波形相關(guān)，推薦采用梯形波。
2變壓器輸出功率實驗輸出功率實驗分部分電路實驗與變壓器實驗。部分電路實驗是在完成變壓器工作頻率實驗后，對該部分電路進行輸出功率實驗，測量最大輸出功率，測量額定輸出功率。變壓器實驗是在變壓器內(nèi)的全部電路都能工作時，測量輸出功率。
3控制電路的程序調(diào)試實驗變壓器在零負(fù)載、額定負(fù)載、最大負(fù)載三種情況下進行程序調(diào)試，通過調(diào)試實驗，保證變壓器在三種情況下都能正常啟動、正常工作。
4變壓器內(nèi)元器件指標(biāo)誤差實驗所有的元器件實際性能指標(biāo)與標(biāo)稱性能指標(biāo)都存在誤差。指標(biāo)誤差實驗分重要元器件的指標(biāo)誤差實驗與一般元器件的指標(biāo)誤差實驗。
在變壓器中，振蕩電路的電容器與鐵芯是兩個重要元器件，通過實驗確定電容器與鐵芯的指標(biāo)分別允許的正誤差與負(fù)誤差。方法在允許的誤差范圍內(nèi)，當(dāng)電容器與鐵芯同時為指標(biāo)正誤差、同時為指標(biāo)負(fù)誤差、電容器指標(biāo)正誤差與鐵芯指標(biāo)負(fù)誤差、電容器指標(biāo)負(fù)誤差與鐵芯指標(biāo)正誤差四種情況時，變壓器能夠正常工作。
除重要元器件外的元器件為一般元器件，在作完重要元器件的指標(biāo)誤差實驗后，再作一般元器件的指標(biāo)誤差實驗。通過指標(biāo)誤差實驗，確定變壓器內(nèi)所有元器件的標(biāo)稱指標(biāo)及標(biāo)稱指標(biāo)允許的正負(fù)誤差范圍。
5變壓器的性能參數(shù)實驗變壓器的所有性能參數(shù)都要進行實驗。
八變壓器的生產(chǎn)制造方法變壓器的工作參數(shù)全部由程序控制，在生產(chǎn)過程中沒有電路調(diào)整參數(shù)，故生產(chǎn)制造方法比較簡單，只要嚴(yán)格篩選元器件，保證所有元器件的指標(biāo)誤差在允許的誤差范圍內(nèi)，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就是合格的產(chǎn)品。


圖1是LC諧振電路電壓波形的相位圖，其中，U0是施加在初級線圈端口的間斷電壓，U1是初級線圈端口形成的振蕩電壓，特點是U0與U1在同一時間發(fā)生，振蕩波形對稱。
圖2是單向電容電壓回擺變壓器中間斷電壓與振蕩電壓的相位圖，其中，U0是施加在初級線圈端口的間斷電壓，U1是初級線圈端口形成的振蕩電壓，特點是U0發(fā)生在U1產(chǎn)生的電容電壓回擺點之后，振蕩波形不對稱。
圖3是雙向電容電壓回擺變壓器中間斷電壓與振蕩電壓的相位圖，其中，U0是施加在初級線圈端口的間斷電壓，U1是初級線圈端口形成的振蕩電壓，特點是U0發(fā)生在所有的電容電壓回擺點之后，振蕩波形對稱。
圖4是單向電容電壓回擺變壓器原理電路圖，用兩個方框分別表示監(jiān)測電路與數(shù)控電路，其中，監(jiān)測電路引出的帶箭頭線表示監(jiān)測電路監(jiān)測的位置或監(jiān)測電路的監(jiān)測信號(或監(jiān)測數(shù)據(jù))傳輸方向，變壓器內(nèi)的直流電路用箭頭表示它施加的位置，數(shù)控電路引出的帶箭頭線表示它發(fā)出的電壓信號指向的位置。圖4中外加電壓用直流電壓表達(dá)，當(dāng)外加電壓為交流電壓時，要經(jīng)過整流電路使它成為單向電壓。
圖5.1是雙向電容電壓回擺變壓器一個類型的原理電路圖，J1、J2、J3、J4相當(dāng)于開關(guān)，但這樣的開關(guān)用集電器表達(dá)不合適，用開關(guān)管表達(dá)也不合適，本發(fā)明中用可控制二極管表達(dá)，表示它能夠象二極管一樣單向?qū)?，又能夠在電壓信號的控制下關(guān)斷。圖5.1中的外加電壓用直流電壓表達(dá)，當(dāng)外加電壓為交流電壓時，要經(jīng)過整流電路使它成為單向電壓。
圖5.2是雙向電容電壓回擺變壓器另一個類型的原理電路圖。
圖6.1是直流電壓電容分壓的原理電路圖，本電路適用于分壓后輸出功率較小的情況。圖中的二極管用于容抗隔離。
圖6.2是交流電壓電容分壓的原理電路圖。特別說明分壓電路只能在整流電路的后端，不允許在整流電路的前端。
圖7.1是交流變壓器或變頻交流變壓器輸出端整流電路的一種類型，圖中的可控制二極管由數(shù)控電路控制。
圖7.2是交流變壓器或變頻交流變壓器輸出端整流電路的另一個類型。
圖8是三相交流變壓器或三相變頻交流變壓器輸出端口的聯(lián)接方法，用方框分別表達(dá)三個頻率及電壓幅值相同而相位相異的單向交流變壓器或單向變頻交流變壓器。
有益效果與傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為一采用電容電壓回擺點后進行順向加速，能有效地減小變壓器的損耗。電容電壓回擺變壓器利用鐵芯內(nèi)運動電子的方向變換進行同方向加速，避免了逆方向加速時部分電子碰撞產(chǎn)生的能量損耗，在一定條件下，可以使變壓器鐵芯的損耗忽略不計。
在本發(fā)明中，變壓器的損耗主要由電子元件中的二極管效應(yīng)產(chǎn)生，每個二極管的損耗為P＝0.7×I瓦特，I為通過二極管的電流。顯然，這樣的損耗非常小，無論是電子變壓器還是電力變壓器，采用一般的散熱片并風(fēng)冷散熱技術(shù)即可滿足使用要求。
減小變壓器鐵芯損耗有兩個優(yōu)點(1)節(jié)省電能。(2)降低變壓器的制造成本，如電力變壓器可以不再用油降溫，進而簡化生產(chǎn)工藝，降低制造成本。
二變壓器內(nèi)振蕩頻率采用高頻率，能有效地減小變壓器的質(zhì)量。變壓器的輸出功率與變壓器的線圈和鐵芯進行能量交換的功率相關(guān)，變壓器線圈和鐵芯進行能量交換的功率與工作頻率成正比，提高變壓器的工作頻率能有效地減小變壓器鐵芯的質(zhì)量。
電力變壓器的工作頻率一般為工頻，采用電容電壓回擺變壓器可以把工頻頻率提高幾百倍甚至幾千倍，因而可以有效地減小變壓器鐵芯的質(zhì)量。
電子變壓器工作頻率一般較高，但由于電子變壓器采用LC諧振原理，鐵芯內(nèi)的能量損耗不可避免，鐵芯內(nèi)的能量損耗與功率成正比，為了保障變壓器的正常工作，采用LC諧振原理的變壓器輸出功率與鐵芯質(zhì)量有一定的比例。本發(fā)明中的電容電壓回擺變壓器有效地避免了鐵芯的能量損耗，因而，它的輸出功率不受鐵芯質(zhì)量限制。
三電容電壓回擺變壓器作為直流電源時，與現(xiàn)有的開關(guān)電源相比具有以下優(yōu)點(1)鐵芯損耗小。(2)鐵芯體積小。(3)變壓器不會產(chǎn)生尖峰波形，輸出的直流電壓紋波小。(4)可以零負(fù)載運行。(5)能自動調(diào)整輸出電壓，有穩(wěn)壓效果；能根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整輸入功率，使負(fù)載功率與工作功率隨時能夠自動隨動。(6)生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)過程中不需要對產(chǎn)品參數(shù)進行調(diào)試。
四電容電壓回擺變壓器或變壓器組作為變頻變壓器時，與現(xiàn)有的變頻變壓器相比有以下優(yōu)點(1)鐵芯損耗小。(2)鐵芯體積小。(3)無級變頻。(4)可以零負(fù)載運行。(5)根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整輸入功率。(6)生產(chǎn)過程中不需要對產(chǎn)品參數(shù)進行調(diào)試。
五電容電壓回擺變壓器輸入端口或輸出端口進行串聯(lián)、并聯(lián)時，有以下優(yōu)點通過變壓器或變壓器組輸出端的并聯(lián)、串聯(lián)，能使變壓器的輸出功率無限制擴展，能使變壓器的輸出電壓無限制擴展；通過變壓器或變壓器組輸入端的串聯(lián)能把高電壓降為低電壓。
在電力輸送網(wǎng)絡(luò)中，與現(xiàn)有的電力變壓器相比，電容電壓回擺變壓器輸入端口或輸出端口進行串、并聯(lián)具有以下優(yōu)點(1)在技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)高壓、超高壓的升壓與降壓。(2)生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)過程中不需要對產(chǎn)品參數(shù)進行調(diào)整。(3)體積小。(4)使用、管理、維護方便。電力升壓變壓器可以由變壓器組輸出端串聯(lián)組成；電力降壓變壓器可以由變壓器組輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)、串聯(lián)組成；電力變壓器由變壓器內(nèi)數(shù)控電路、變壓器組數(shù)控電路、數(shù)控中心三級控制，能根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整輸入端的功率；個別變壓器發(fā)生故障不影響變壓器的正常工作。(5)設(shè)備成本低。(6)容易實現(xiàn)直流高壓、超高壓輸送電力；直流高壓、超高壓輸送電力對環(huán)境的電磁污染小；與現(xiàn)有的直流高壓、超高壓輸送方法相比建設(shè)、改造的成本低。
實施方式本發(fā)明中的變壓器設(shè)計方法屬數(shù)值產(chǎn)品的設(shè)計方法，它根據(jù)產(chǎn)品的功能要求設(shè)計產(chǎn)品，用程序控制產(chǎn)品的工作，因此，當(dāng)設(shè)計參數(shù)確定后，沒有最優(yōu)設(shè)計方案，就象一個同型號的電腦，它的工作參數(shù)相同時，參數(shù)設(shè)計方案沒有最優(yōu)，而反映電腦質(zhì)量的只能是與工作參數(shù)設(shè)計沒有直接關(guān)系的硬件質(zhì)量的優(yōu)與劣。
本發(fā)明中變壓器的設(shè)計方法是以圖4、圖5.1、圖5.5兩種基本方式為基礎(chǔ)，經(jīng)輸出端整流電路后能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓、交流電壓、變頻交流電壓輸出，經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組合后可以滿足不同的工程要求。設(shè)計方法體現(xiàn)的是數(shù)值化與模塊化。
一直流輸出變壓器的設(shè)計方案直流輸出變壓器在工程上稱為直流電源。
1小功率直流電源的設(shè)計方法小功率直流電源用于電腦、電視機等家電產(chǎn)品及電子儀器、儀表方面。
對于電腦、電視機等家電產(chǎn)品，推薦采用圖4所示的電路，用穩(wěn)壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，輸入端用一個全波整流橋，內(nèi)部直流電路在整流橋后直接用電容分壓，輸出端整流電路采用整流橋后用電容濾波。特點是體積小、損耗小、成本小、制造簡單、性能優(yōu)于現(xiàn)有的開關(guān)電源。
對于電子儀器、儀表類，推薦采用圖5.1或圖5.2所示的基本電路，用穩(wěn)壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，當(dāng)輸入端的電壓為交流電壓時，用整流濾波的方法轉(zhuǎn)換成直流電壓，內(nèi)部直流電路采用電容分壓啟動、次級線圈2供電的方法，輸出端整流電路采用整流橋后用電容濾波。特點是輸出的直流電壓漂移小，紋波小，性能不低于現(xiàn)有的線性電源。
2大功率直流電源的設(shè)計方法(1)輸入端為直流電壓的大功率直流電源的設(shè)計方法推薦采用兩個變壓器輸出端整流橋后進行并聯(lián)，兩個變壓器的工作頻率相等、振蕩電壓的幅值相等，相位相差90°相并聯(lián)的變壓器推薦采用圖5.1或圖5.2所示的基本電路，用上限電壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，內(nèi)部直流電路采用電容分壓啟動、次級線圈2供電的方法，輸出端采用全波整流橋。
(2)輸入端為工頻交流電壓的在大功率直流電源的設(shè)計方法1推薦采用兩個變壓器輸出端整流橋后進行并聯(lián)，兩個變壓器在同一時間的工作頻率相等、振蕩電壓的幅值相等，相位相差90°相并聯(lián)的變壓器推薦采用圖5.1或圖5.2所示的基本電路，用曲線電壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，振蕩波形的幅值曲線電壓采用正梯形波，梯形波的頂邊長度等于底邊長度的0.55倍，梯形波的工作頻率為工頻，在輸入端口用整流橋把交流電壓轉(zhuǎn)換成單向電壓，內(nèi)部直流電路采用電容分壓啟動、次級線圈2供電的方法，輸出端采用全波整流橋。
(3)輸入端為工頻交流電壓的在大功率直流電源的設(shè)計方法2輸入端口用三相整流橋進行整流后連接到變壓器的輸入端口，直流電源按照(1)中輸入端為直流電壓的大功率直流電源的設(shè)計方法進行設(shè)計。
例如當(dāng)變壓器的工作頻率為500K，變壓器初級線圈并聯(lián)的電容器容量值為期1μF，輸入端口用三相整流橋整流后連接，直流電源的輸出功率能夠達(dá)到30KW。
(4)大功率直流電源設(shè)計注意事項大功率直流電源設(shè)計時，要計算電容器管腳、初級線圈、次級線圈、整流橋、連接線、開關(guān)管允許通過的電流，要保證有足夠的線徑以滿足電流通過的要求。
二直流輸出變壓器組的設(shè)計方案直流變壓器組是為了獲取更大的輸出功率，直流變壓器組一般由直流電源組成。變壓器組要通過標(biāo)定監(jiān)測電路的方法，保障各個直流電源輸出的直流電壓相同。
三直流輸出變壓器輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)四直流輸出變壓器組輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)五直流輸出變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端并聯(lián)的設(shè)計方案(略)六直流輸出變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)七交流輸入、交流輸出變壓器的設(shè)計方案交流輸入、交流輸出變壓器稱為交流變壓器。交流變壓器又分為單相交流變壓器與三相交流變壓器。
1單相交流變壓器的設(shè)計方法推薦采用兩個變壓器輸出端整流橋后進行并聯(lián)，兩個變壓器在同一時間的工作頻率相等、振蕩電壓的幅值相等，相位相差90°相并聯(lián)的變壓器推薦采用圖5.1或圖5.2所示的基本電路，用曲線電壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，振蕩波形的幅值曲線電壓采用正弦波，在輸入端口用整流橋把交流電壓轉(zhuǎn)換成單向電壓，在輸入端口整流橋后設(shè)置監(jiān)測電路，監(jiān)測電路監(jiān)測輸入端的交流頻率，監(jiān)測到的工作頻率即為所設(shè)置的正弦波的頻率，內(nèi)部直流電路采用電容分壓啟動、次級線圈2供電的方法，輸出端采用圖7.1或圖7.2所示的整流電路。
2三相交流變壓器的設(shè)計方法當(dāng)三個交流變壓器輸出的交流電壓頻率相同、電壓峰值相同但相位不相同時，三個變壓器的輸出端口按圖8所示的方式聯(lián)接，就構(gòu)成了三相交流變壓器，其中，三個變壓器中，變壓器2比變壓器1的相位大120°，變壓器3比變壓器2的相位大120°，變壓器1比變壓器3的相位大120°八交流輸入、交流輸出變壓器組的設(shè)計方案多個單相交流變壓器并聯(lián)可以組成單相交流變壓器組，單相交流變壓器組要求各個單相變壓器的頻率相同、相位相同、峰值相同，交流變壓器組必須對監(jiān)測電路進行標(biāo)定。
三相交流變壓器組由單向交流變壓器組按圖8所示的方式聯(lián)接組成。
九交流輸入、交流輸出變壓器輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)十交流輸入、交流輸出變壓器組輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)十一交流輸入、交流輸出變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端并聯(lián)的設(shè)計方案(略)十二交流輸入、交流輸出變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)十三變頻交流變壓器的設(shè)計方案變頻交流變壓器分為單相變頻交流變壓器與三相變頻交流變壓器。單相變頻變壓器輸入端口的電壓為直流電壓，當(dāng)單相變頻變壓器輸入端口的電壓為交流電壓時，要把三相交流電壓用三相整流橋轉(zhuǎn)換成單向電壓，單相電壓再連接到單向變頻變壓器的輸入端口。
(1)單相變頻交流變壓器的設(shè)計方法推薦采用兩個變壓器輸出端整流橋后進行并聯(lián)，兩個變壓器在同一時間的工作頻率相等、振蕩電壓的幅值相等，相位相差90°相并聯(lián)的變壓器推薦采用圖5.1或圖5.2所示的基本電路，用曲線電壓輸出的方法控制振蕩電壓的波形，振蕩波形的幅值曲線電壓采用正弦波，內(nèi)部直流電路采用電容分壓啟動、次級線圈2供電的方法，輸出端采用圖7.1或圖7.2所示的整流電路，用數(shù)控電路控制正弦波電壓的頻率變化。
2三相變頻交流變壓器的設(shè)計方法當(dāng)三個三相交流變壓器輸出的交流電壓頻率相同、電壓峰值相同但相位不相同時，三個變壓器的輸出端口按圖8所示的方式聯(lián)接，就構(gòu)成了三相變頻交流變壓器，其中，三個變壓器中，變壓器2比變壓器1的相位大120°，變壓器3比變壓器2的相位大120°，變壓器1比變壓器3的相位大120°十四變頻交流變壓器組的設(shè)計方案變頻交流變壓器組的設(shè)計方案與交流變壓器組的設(shè)計方案相同。
十五變頻交流變壓器組輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)十六變頻交流變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端并聯(lián)的設(shè)計方案(略)十七變頻交流變壓器組輸入端串聯(lián)、輸出端串聯(lián)的設(shè)計方案(略)
權(quán)利要求
1減小變壓器損耗及體積的設(shè)計制造方法在現(xiàn)有變壓器設(shè)計制造方法中，無論是交流變壓器還是電子變壓器，都認(rèn)為變壓器的能量交換是電場與磁場的相互轉(zhuǎn)換，在能量交換的過程中變壓器鐵芯的損耗不可避免，并且變壓器的輸出功率與變壓器鐵芯的質(zhì)量及體積數(shù)學(xué)相關(guān)；本發(fā)明中變壓器的設(shè)計方法不再采用電場與磁場相互轉(zhuǎn)換的理論，而是利用電容電壓回擺點后能夠進行電子順向加速，在順向加速的過程中能夠避免變壓器鐵芯產(chǎn)生損耗；通過提高振蕩頻率在同等功率下減小變壓器鐵芯的體積；其特征是在初級線圈端口并聯(lián)電容器形成振蕩電路，在振蕩電壓波形中的電容電壓回擺點后施加間斷電壓，通過間斷電壓的順向加速減小變壓器鐵芯的損耗；利用振蕩電壓的工作頻率與變壓器輸出功率成正比的關(guān)系，通過提高變壓器的工作頻率在同等功率下減小變壓器的體積；電容電壓回擺變壓器由振蕩電路、監(jiān)測電路、數(shù)控電路、開關(guān)電路、直流供電電路、輸出端口整流電路組成；在變壓器的工作過程中，直流電路向監(jiān)測電路和數(shù)控電路提供工作電壓，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供監(jiān)測信號，數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號，電壓信號控制開關(guān)電路，開關(guān)電路控制振蕩電路的工作，變壓器次級線圈輸出的高頻電壓波形經(jīng)整流電路后輸出；采用不同的輸出端整流電路，能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電壓輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻交流電壓輸出；電容電壓回擺變壓器可以通過輸出端口并聯(lián)成變壓器組，變壓器或變壓器組的輸出端口可以串聯(lián)，變壓器或變壓器組的輸入端口可以串聯(lián)；變壓器的設(shè)計參數(shù)要通過實驗的方法進行確定，依據(jù)實驗方法確定元器件的參數(shù)范圍，變壓器在制造過程沒有調(diào)整的參數(shù)。
2減小變壓器損耗的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“在初級線圈端口并聯(lián)電容器形成振蕩電路，在振蕩電壓波形中的電容電壓回擺點后施加間斷電壓，通過間斷電壓的順向加速減小變壓器鐵芯的損耗”，指在初級線圈的端口施加間斷電壓時，振蕩電路在一個特定的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生一個振蕩波形，在振蕩波形的每一個周期內(nèi)都存在兩個電容電壓回擺點，當(dāng)施加在初級線圈端口的間斷電壓發(fā)生在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點時，振蕩電路產(chǎn)生的振蕩波形在鐵芯內(nèi)不產(chǎn)生損耗。其特征是在初級線圈的端口并聯(lián)一個電容器，電容器與鐵芯、初級線圈形成振蕩電路，施加在初級線圈端口的間斷電壓除第一個電壓波形外，其余的間斷電壓波形施加在電容電壓回擺點之后并緊鄰電容電壓回擺點，間斷電壓的方向與電容電壓的方向相同，該間斷電壓可以是只在正半周的電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點施加的與電容電壓同方向的間斷電壓，或該間斷電壓可以是只在負(fù)半周的電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點施加的與電容電壓同方向的間斷電壓，也可以是在所有的電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點施加的與電容電壓同方向的間斷電壓。
3減小變壓器體積的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“利用振蕩電壓的工作頻率與變壓器輸出功率成正比的關(guān)系，通過提高變壓器的工作頻率增大變壓器輸出功率與鐵芯質(zhì)量的比值，進而減小變壓器的體積”，指變壓器的輸出功率與變壓器鐵芯的質(zhì)量及體積不相關(guān)，設(shè)電容器與鐵芯進行能量交換的功率為P1，變壓器的額定輸出功率為P2，振蕩電路中的振蕩電壓峰值為U1，振蕩電路的工作頻率為f，在電容電壓回擺變壓器中，振蕩電路中的電容器與鐵芯通過初級線圈進行能量交換，次級線圈輸出能量，功率關(guān)系為P1＝4×C×U12×f，P2＝0.667×C×U12×f，當(dāng)變壓器的體積為定值時，增大C值或增大f值能夠增大P1與P2的值，反之，當(dāng)P1與P2為定值時，增大C值或增大f值能夠減小變壓器的體積。其特征是變壓器中的鐵芯與電容器進行能量交換的功率為P1＝4×C×U12×f，變壓器的額定輸出功率為P2＝0.667×C×U12×f，當(dāng)C與U1為定值時，減小初級線圈的匝數(shù)能夠增大f值，當(dāng)初級線圈的匝數(shù)為定值時，一個初級線圈的振蕩頻率為定值f1，n個相同的初級線圈并聯(lián)時的振蕩頻率為n×f1，通過初級線圈并聯(lián)增大f值可以達(dá)到減小變壓器體積的目的。
4振蕩電路的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“在初級線圈端口并聯(lián)電容器，電容器、初級線圈及鐵芯形成振蕩電路”，其振蕩電路設(shè)計參數(shù)的特征是電容器容量值與工作頻率的設(shè)計，電容器管腳截面積設(shè)計，初級線圈參數(shù)設(shè)計，次級線圈參數(shù)設(shè)計，變壓器鐵芯品種及規(guī)格設(shè)計。
5權(quán)利要求4中所述的“電容器容量值與工作頻率的設(shè)計，電容器管腳截面積設(shè)計”，指以變壓器的額定輸出功率P2和振蕩電路的電壓峰值U1為已知條件，電容器的容量C與振蕩電路的工作頻率f的數(shù)學(xué)關(guān)系為f＝1.5×P2÷(C×U12)，電容器管腳通過的額定電流為Ic＝4×C×U1×f。
6權(quán)利要求4中所述的“初級線圈參數(shù)設(shè)計，次級線圈參數(shù)設(shè)計”，指當(dāng)次級線圈振蕩電壓的峰值為U2，次級線圈的匝數(shù)為N2，初級線圈的匝數(shù)為N1時，以滿足N1＝U1÷U2×N2的數(shù)學(xué)條件為前提確定N1、N2的參數(shù)；當(dāng)N1、N2確定后，實際測量振蕩電路的工作頻率f2，以數(shù)學(xué)關(guān)系n＝f÷f2確定初級線圈與次級線圈的數(shù)量n；當(dāng)N1、N2、n確定后，通過n個初級線圈的額定電流為I1＝4×C×U1×f，通過n個次級線圈的額定電流為I2＝1.414×P2÷U2
7權(quán)利要求4中所述的“變壓器鐵芯品種及規(guī)格設(shè)計”，指當(dāng)變壓器的額定輸出功率比較小時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用鐵氧體鐵芯品種；當(dāng)變壓器的額定輸出功率比較大時，應(yīng)優(yōu)先考慮非晶鐵芯或超微晶鐵芯品種；鐵芯的規(guī)格設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮線圈的合理布設(shè)，原則上初級線圈繞制以只有1層線圈為最好，總層數(shù)不宜超過3層，在線圈能夠合理布設(shè)的前提下，盡量減小變壓器鐵芯的體積與質(zhì)量。
8開關(guān)電路的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所指的開關(guān)電路分單向電容電壓回擺變壓器開關(guān)電路與雙向電容電壓回擺變壓器開關(guān)電路，其特征是單向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路由串聯(lián)在振蕩電路輸入或輸出端口上的開關(guān)管組成，開關(guān)管控制施加在初級線圈端口的間斷電壓；雙向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路有開關(guān)管及可控制二級管組成，開關(guān)管串聯(lián)在振蕩電路的輸入端口或輸出端口，通過開關(guān)電路中的可控制二級管可以改變振蕩電路輸入端口或輸出端口與開關(guān)管的連接方向，由開關(guān)管控制施加在初級線圈端口的間斷電壓及間斷電壓的方向。
9權(quán)利要求8中所述的單向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路，指當(dāng)振蕩電路一個周期的工作時間為t0，開關(guān)管每次開通的時間為t，開關(guān)管的額定電流為Ik時，kt＝t/t0，t的范圍是0.25×t0≤t≤0.5×t0，開關(guān)管的額定電流Ik＝P2÷(kt×U)，t的取值可以在設(shè)計過程中選取，也可以在實驗過程中選取。
10權(quán)利要求8中所述的“雙向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路......通過開關(guān)電路中的可控制二級管可以改變振蕩電路輸入端口或輸出端口的連接方向”，指開關(guān)電路可以由兩個可控制二極管和兩個開關(guān)管組成，把外加電壓的正極通過兩個可控制二極管分別連接到振蕩電路的兩個端口，用兩個開關(guān)管分別連接振蕩電路的兩個端口，當(dāng)兩個可控制二極管中的一個二極管開啟另一個二極管關(guān)閉時，開啟的二極管總能與其中的一個開關(guān)管形成與振蕩電路的串聯(lián)關(guān)系，通過對兩個可控制二極管開通、關(guān)閉的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)開關(guān)電路與振蕩電路連接方向的變化，其中，開關(guān)管每次開通時間t的范圍是0.25×t0≤t≤0.5×t0，開關(guān)管的額定電流Ik＝0.5×P2÷(kt×U)，t可以在設(shè)計過程中選取，也可以在實驗過程中選取。
11權(quán)利要求8中所述的“雙向電容電壓回擺變壓器的開關(guān)電路......通過開關(guān)電路中的可控制二級管可以改變振蕩電路輸入端口或輸出端口的連接方向”，指開關(guān)電路也可以由四個可控制二極管和一個開關(guān)管組成，把外加電壓的正極通過兩個可控制二極管分別聯(lián)接到振蕩電路的兩個端口，在振蕩電路的兩個端口再分別用兩個可控制二極管連接到一個開關(guān)管上，通過同時開啟兩個二極管與同時關(guān)閉二個二極管，可以實現(xiàn)開關(guān)管與振蕩電路連接方向的變化，其中，開關(guān)管每次開通的時間t的范圍是0.25×t0≤t≤0.5×t0，開關(guān)管的額定電流Ik＝0.5×P2÷(kt×U)，t可以在設(shè)計過程中選取，也可以在實驗過程中選取。
12監(jiān)測電路的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的監(jiān)測電路，指為數(shù)控電路提供數(shù)據(jù)的電路，數(shù)控電路依據(jù)監(jiān)測電路提供的數(shù)據(jù)控制開關(guān)電路的工作，其特征是所有的電容電壓回擺變壓器都需要監(jiān)測初級線圈端口或次級線圈端口的電容電壓回擺點發(fā)生時間，監(jiān)測初級線圈端口或次級線圈端口的振蕩電壓峰值或變壓器輸出端口的電壓值；工頻輸出交流變壓器還需要監(jiān)測輸入端口的交流頻率；變頻率交流輸出變壓器需要監(jiān)測變壓器輸出端口的頻率。
13數(shù)控電路的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的數(shù)控電路可以是一臺計算機，也可以是一個單片機，它向開關(guān)電路中的開關(guān)管及可控制二極管輸出電壓信號，向開關(guān)管發(fā)出的電壓信號的時間寬度控制開關(guān)管的開關(guān)時間，向開關(guān)管發(fā)出的電壓信號的電壓幅值控制開關(guān)管允許通過的電流；向可控制二極管發(fā)出的電壓信號控制振蕩電路與開關(guān)電路的連接轉(zhuǎn)換，其特征是在電容電壓回擺變壓器中，預(yù)置啟動參數(shù)，由數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出啟動電壓信號，啟動振蕩電路工作；在振蕩電路的工作過程中，數(shù)控電路在電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號，電壓信號控制開關(guān)管向振蕩電路施加間斷電壓；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出的電壓信號的時間寬度及頻率控制振蕩電路的工作頻率；數(shù)控電路向開關(guān)電路發(fā)出的電壓信號的幅值控制振蕩電路的能量交換功率及振蕩電壓的幅值；控制振蕩電路的能量交換功率及振蕩電壓幅值的方法可以采用恒壓輸出控制，可以采用曲線電壓輸出控制，可以采用上限電壓輸出控制，可以采用上限功率輸出控制；當(dāng)振蕩電路采用雙向加速時，數(shù)控電路要控制可控制二極管的開啟與關(guān)斷，實現(xiàn)振蕩電路與開關(guān)電路連接方向的適時變換。
14權(quán)利要求13中所述的“在電容電壓回擺變壓器中，預(yù)置啟動參數(shù)”，指數(shù)控電路向開關(guān)電路中的開關(guān)管發(fā)出的第一個電壓信號參數(shù)，該參數(shù)包括電壓信號的時間寬度、電壓信號的波形及電壓信號的電壓幅值，當(dāng)振蕩電路的設(shè)計工作頻率為f時，第一個電壓信號的時間寬度為t1＝0.5÷f，而電壓波形及第一個電壓信號的電壓幅值要用實驗的方法確定。
15權(quán)利要求13中所述的“數(shù)控電路在電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點向開關(guān)電路發(fā)出電壓信號，電壓信號控制開關(guān)管向振蕩電路施加間斷電壓”，指數(shù)控電路根據(jù)監(jiān)測電路提供的上一個周期的工作時間t0及電容電壓回擺點，在電容電壓回擺點后并緊鄰電容電壓回擺點向開關(guān)電路中的開關(guān)管發(fā)出電壓信號，電壓信號的時間寬度t為0.25×t0≤t≤0.5×t0，t要根據(jù)變壓器輸出功率的設(shè)計要求并通過實驗方法確定，電壓信號的時間寬度控制間斷電壓的時間寬度。
16權(quán)利要求13中所述的“控制方法可以采用恒壓輸出”，指在電容電壓回擺變壓器中，以鐵芯內(nèi)的運動電子數(shù)量沒有達(dá)到極限值為前提，當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流增大時，進行能量交換的電流增大，振蕩電壓的峰值就會增大，當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流為常數(shù)時，進行能量交換的電流為常數(shù)，振蕩電壓的峰值也就為常數(shù)，當(dāng)開關(guān)電路允許通過的電流減小時，進行能量交換的電流減小，振蕩電壓的峰值就會減小，方法是在變壓器中設(shè)置監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路的位置可以是初級線圈端口，可以是次級線圈端口，也可以是變壓器的直流或交流輸出端口，并設(shè)置監(jiān)測位置的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為Ub，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供實時監(jiān)測的實際電壓值為Ua，數(shù)控電路比較Ub與Ua的絕對值大小，當(dāng)Ua＞Ub時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路減小向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值，當(dāng)Ua＜Ub時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路增大向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值。
17權(quán)利要求13中所述的“控制方法......可以采用曲線電壓輸出”，指在變壓器中設(shè)置監(jiān)測電路的監(jiān)測位置，該監(jiān)測位置可以是初級線圈端口，可以是次級線圈端口，也可以是變壓器的輸出端口，并設(shè)置監(jiān)測位置的電壓方程為U(t)，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供實時監(jiān)測的實際電壓值，當(dāng)t＝ti，監(jiān)測電路向數(shù)控電路提供的實際電壓值為Ua(ti)，由曲線方程U(t)解算的電壓值為Ub(ti)，取k＝Ua(ti)÷Ub(ti)，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路減小向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值，當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路增大向開關(guān)電路提供的電壓幅值信號。
18權(quán)利要求13中所述的“控制方法......可以采用上限電壓輸出”，指在變壓器的輸入端口設(shè)置一個監(jiān)測電路，該端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U0，實時監(jiān)測的電壓值為U，在初級線圈端口或次級線圈端口或變壓器的輸出端口設(shè)置一個監(jiān)測電路，該端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為Ub，實時監(jiān)測電壓值為Ua；U≥U0時，取k＝Ua÷Ub，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路減小向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值，當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路增大向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值；U＜U0時，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，當(dāng)k大于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路減小向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值，當(dāng)k小于1時，在相鄰的后一波形中，數(shù)控電路增大向開關(guān)電路提供的電壓信號幅值。
19權(quán)利要求13中所述的“控制方法......可以采用上限功率輸出”，指在變壓器的輸出端口或輸入端口設(shè)置監(jiān)測電路，監(jiān)測電路監(jiān)測輸出端口或輸入端口的電壓值與電流值，設(shè)變壓器輸出端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U20，輸出功率的上限值為P20，監(jiān)測電路監(jiān)測輸出端口的實時電壓值為U2，實時電流值為I2，有P2＝U2×I2；當(dāng)P2小于P20時，按照輸出端口恒壓控制的方法，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，保障輸出端口的振蕩電壓按恒壓輸出；當(dāng)P2大于P20時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使輸出功率不大于P20，減小了輸出功率；同理，設(shè)變壓器輸入端口的上限輸入功率為P10，輸入端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為U10，監(jiān)測電路監(jiān)測輸入端口的實時電壓值為U1，實時電流值為I1，有P1＝U1×I1；當(dāng)P1小于P10時，按照輸入端口恒壓控制的方法，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，保障輸入端口的振蕩電壓按恒壓輸出；當(dāng)P1大于P10時，由數(shù)控電路控制開關(guān)電路允許通過的電流，使輸入功率不大于P10。
20權(quán)利要求13中所述的“當(dāng)振蕩電路采用雙向加速時，數(shù)控電路向可控制二極管發(fā)出電壓信號控制二極管的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)振蕩電路與開關(guān)電路連接方向的適時變換”，指雙向電容電壓回擺變壓器中，開關(guān)電路由開關(guān)管和可控制二極管組成，可控制二極管控制振蕩電路與開關(guān)電路的連接方向，數(shù)控電路控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷；在數(shù)控電路向開關(guān)管發(fā)出電壓信號之前，數(shù)控電路應(yīng)先向可控制二極管發(fā)出電壓信號并控制開關(guān)電路與振蕩電路的連接方向符合設(shè)計要求，當(dāng)多個可控制二極管有些需要關(guān)斷并有些需要開通時，數(shù)控電路應(yīng)先關(guān)斷需要關(guān)斷的二極管，后開通需要開通的二極管。
21直流供電電路的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的直流供電電路，其特征是利用兩個串聯(lián)的電容進行分壓，分壓后用一個二極管進行容抗隔離，其中，電容分壓公式為(U0-Ua)/Ua＝C1/C2，C1、C2為兩個分壓電容容量值，U0為變壓器輸入端口的有效電壓值，Ua為分壓電壓值，當(dāng)Ub為交流電壓時，交流電壓要先經(jīng)過整流后才可以分壓。
22變壓器輸出端整流電路后異相位并聯(lián)的方法輸出直流電壓權(quán)利要求取中所述的“采用不同的輸出端整流電路，能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓輸出”，指變壓器除采用整流、濾波的方法實現(xiàn)直流輸出外，還可以采用異相位并聯(lián)的方法實現(xiàn)直流電壓輸出，其特征是在變壓器次級線圈的輸出端口連接整流電路，把兩個以上相同變壓器的整流電路輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出直流電壓。
23交流變壓器輸出端整流電路的一種設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“采用不同的輸出端整流電路......能夠?qū)崿F(xiàn)交流電壓輸出或變頻交流電壓輸出”，其特征是在電容電壓回擺變壓器次級線圈的輸出端口連接兩個整流橋，兩個整流橋輸入端口并聯(lián)，在兩個整流橋的輸出端口分別取一個極性相反的端口并聯(lián)成一個端口，剩余的兩個端口各連接一個可控制二極管后并聯(lián)成一個端口，由數(shù)控電路控制兩個可控制二極管的開通與關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓峰值曲線按交流電壓的模式輸出；把兩個以上相同變壓器的整流橋輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出交流電壓或變頻交流電壓。
24交流變壓器輸出端整流電路的一種設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“采用不同的輸出端整流電路......能夠?qū)崿F(xiàn)交流電壓輸出或變頻交流電壓輸出”，其特征是在電容電壓回擺變壓器次級線圈的輸出端口連接一個整流橋，在整流橋的每個輸出端口連接兩個可控制二極管，兩個可控制二極管分別連接到變壓器的輸出端口，通過控制四個二極管的開通與關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓峰值曲線按交流電壓或變頻交流電壓的模式輸出；把兩個以上相同變壓器的整流橋輸出端口同向并聯(lián)，當(dāng)各個變壓器內(nèi)的振蕩電壓頻率相同、電壓峰值相同而相位不相同時，變壓器能夠輸出交流電壓或變頻交流電壓。
25變壓器輸出端并聯(lián)的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“電容電壓回擺變壓器可以通過輸出端口并聯(lián)成變壓器組”，指多個電容電壓回擺變壓器整流電路輸出端口后進行并聯(lián)時，如果各個變壓器的輸出電壓不相等，并聯(lián)后的輸出電壓是電壓最高的變壓器的輸出電壓，并聯(lián)后的輸出功率是電壓最高的變壓器的輸出功率；如果各個變壓器輸出的是直流電壓并且各個變壓器輸出的直流電壓相等時，并聯(lián)后的輸出功率是各個變壓器輸出功率之和；如果各個變壓器輸出的是交流電壓并且各個變壓器輸出的交流電壓的頻率、峰值、相位相同時，并聯(lián)后的輸出功率是各個變壓器輸出功率之和；如果各個變壓器輸出的是交流電壓并且各個變壓器輸出的交流電壓的頻率、峰值相同而相位不相同時，并聯(lián)成的變壓器組輸出的電壓曲線為各個相并聯(lián)變壓器振蕩電壓的峰值曲線，輸出功率為其中一個變壓器的峰值電壓與該變壓器額定電流的乘積，其特征是在多個電容電壓回擺變壓器整流輸出電路的后端進行并聯(lián)組成變壓器組，在變壓器組輸出端口設(shè)置一個終端監(jiān)測電路，終端監(jiān)測電路實時監(jiān)測輸出端口的直流電壓或交流波形，在變壓器組中設(shè)置一個變壓器組數(shù)控電路，終端監(jiān)測電路向變壓器組數(shù)控電路提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；利用終端監(jiān)測電路提供的數(shù)據(jù)，變壓器組數(shù)控電路對每個變壓器中的監(jiān)測電路進行標(biāo)定；在變壓器組啟動時，變壓器組數(shù)控電路控制各個變壓器間隔一定的時間逐次啟動；在變壓器工作時，變壓器組數(shù)控電路根據(jù)各個變壓器數(shù)控電路提供的工作參數(shù)，控制變壓器工作的數(shù)量；根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，在數(shù)控電路的控制下，相并聯(lián)的變壓器輸出的總功率能夠等于各個變壓器輸出功率之和；在數(shù)控電路的控制下，相并聯(lián)的變壓器能夠輸出單項交流電壓或單項變頻交流電壓，能夠輸出三相交流電壓或三項變頻交流電壓。
26權(quán)利要求25中所述的“利用終端監(jiān)測電路提供的數(shù)據(jù)，變壓器組數(shù)控電路對每個變壓器中的監(jiān)測電路進行標(biāo)定”，指當(dāng)變壓器組有m個變壓器時，在變壓器組輸出端口連接一個負(fù)載，該負(fù)載功率小于變壓器組中任意一個變壓器的額定輸出功率，每一個變壓器中的監(jiān)測位置同為初級線圈或同為次級線圈，在標(biāo)定過程中，負(fù)載的直流電壓值或交流電壓峰值為一個恒定值，當(dāng)標(biāo)定第i個變壓器時，變壓器組中只有第i個變壓器工作，第i個變壓器的監(jiān)測電壓為U2i，變壓器組的全部標(biāo)定數(shù)據(jù)為U21、U22、U23、......U2i......U2m；在變壓器工作過程中，當(dāng)各個變壓器的監(jiān)測電壓分別為Ua1、Ua2、Ua3、......Uai......Uam時，只要符合數(shù)學(xué)條件U21/Ua1＝U22/Ua2＝U23/Ua3......＝U2i/Uai......＝U2m/Uam，各個變壓器的輸出電壓就相等。
27權(quán)利要求25中所述的“在變壓器工作時，變壓器組數(shù)控電路根據(jù)各個變壓器數(shù)控電路提供的工作參數(shù)，控制變壓器工作的數(shù)量”，指各個變壓器把工作參數(shù)實時傳送給變壓器組數(shù)控電路，當(dāng)變壓器組的實際輸出功率小于額定輸出功率時，變壓器組數(shù)控電路關(guān)閉一個或數(shù)個變壓器，但至少要保證一個變壓器工作，當(dāng)變壓器組的實際輸出功率大于額定輸出功率時，變壓器組數(shù)控電路開啟一個或數(shù)個變壓器，直至開啟全部變壓器工作。
28變壓器或變壓器組輸出端口串聯(lián)的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“變壓器或變壓器組的輸出端口可以串聯(lián)”，其特征是當(dāng)變壓器或變壓器組的輸出端口串聯(lián)時，輸出端口與次級線圈及監(jiān)測電路隔離，變壓器或變壓器組的輸出端口形成獨立的電壓源；相串聯(lián)的各個變壓器輸出的是直流電壓或同相位、同頻率的交流電壓；相串聯(lián)的各個變壓器輸出的電流相等并且等于額定輸出電流最小的變壓器輸出的電流。
29變壓器或變壓器組輸入端口串聯(lián)的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“變壓器或變壓器組的輸入端口可以串聯(lián)”，其特征是當(dāng)變壓器或變壓器組的輸入端口串聯(lián)時，各個變壓器或變壓器組相互之間隔離，每個變壓器或變壓器組的輸入端口與輸出端口隔離；當(dāng)外加電壓為U，相串聯(lián)的變壓器或變壓器組的數(shù)量為N時，每個變壓器或變壓器組輸入端口的電壓為U/N，通過每個變壓器或變壓器組初級線圈的電流相同，在每個變壓器初級線圈端口形成的振蕩電壓的頻率相同、電壓幅值相同。
30變壓器的制造方法權(quán)利要求1中所述的“變壓器的設(shè)計參數(shù)要通過實驗的方法進行確定，依據(jù)實驗方法確定元器件的參數(shù)范圍，變壓器在制造過程中沒有調(diào)整的參數(shù)”，其特征是依據(jù)電容電壓回擺變壓器的設(shè)計方案，進行頻率實驗，進行輸出功率實驗，進行元器件指標(biāo)誤差實驗，進行程序調(diào)試，制造過程中把元器件的指標(biāo)誤差控制在允許的范圍內(nèi)。
31權(quán)利要求30中所述的“進行頻率實驗”，指振蕩電路與一個開關(guān)管連接成一個實驗電路，端口施加直流電壓，用信號源的信號波形控制開關(guān)管工作，用示波器觀測初級線圈端口及次級線圈端口的電壓波形，通過信號源的掃描功能，找出初級線圈數(shù)量為1時能夠形成電容電壓回擺點的工作頻率；如果工作頻率達(dá)不到設(shè)計要求，初級線圈與初級線圈的數(shù)量增加到2個，在線圈數(shù)量為1時工作頻率的兩倍點附近，通過信號源的掃描功能，找出形成電容電壓回擺點的工作頻率；如果工作頻率仍達(dá)不到設(shè)計要求，再次增加初級線圈與次級線圈的數(shù)量，只到達(dá)到實驗要求時為止。
32權(quán)利要求30中所示的“進行輸出功率實驗”，指進行頻率實驗后，在實驗電路的次級線圈上施加負(fù)荷，當(dāng)開關(guān)管以額定電流工作時，通過調(diào)整線圈的匝數(shù)及線圈的數(shù)量，使負(fù)載達(dá)到設(shè)計的額定功率。
33權(quán)利要求30中所述的“進行程序調(diào)試”，指在設(shè)計的電容電壓回擺變壓器的全部電路上進行程序調(diào)試，先以額定輸入電壓及額定輸出功率的狀態(tài)進行程序調(diào)試，使其正常工作；之后以最大設(shè)計輸入電壓、最小設(shè)計輸入電壓的狀態(tài)進行程序調(diào)試，使其正常工作；在調(diào)試程序的過程中，如果達(dá)不到設(shè)計要求，要通過調(diào)整線圈進行頻率調(diào)試，直到達(dá)到設(shè)計要求。
34權(quán)利要求30中所述的“進行元器件指標(biāo)誤差實驗”，指先對振蕩電路中的電容器、鐵芯、線圈三個元器件進行指標(biāo)誤差實驗，找出指標(biāo)誤差的范圍，在三個元器件的正指標(biāo)誤差及負(fù)指標(biāo)誤差兩種狀態(tài)時，使變壓器能夠正常工作；之后，對全部元器件進行指標(biāo)誤差實驗，找出指標(biāo)誤差的范圍，在全部元器件的正指標(biāo)誤差及負(fù)指標(biāo)誤差兩種狀態(tài)時，使變壓器能夠正常工作。
35權(quán)利要求30中所述的“制造過程中元器件的指標(biāo)誤差控制在允許的范圍內(nèi)”，指對所有的元器件進行篩選，所有元器件參數(shù)的實際誤差在允許的誤差范圍內(nèi)，制造過程中沒有調(diào)整的參數(shù)，產(chǎn)品除非技術(shù)因素外能夠全部合格。
全文摘要
本發(fā)明是變壓器的設(shè)計制造方法，它不再采用現(xiàn)有的電磁理論設(shè)計變壓器，而是利用電容電壓回擺點后進行電子加速減小變壓器的損耗，利用比較高的工作頻率提高變壓器輸出功率與鐵芯質(zhì)量的比值，利用程序自動調(diào)整變壓器的輸入功率與輸出功率及其他工作狀態(tài)。本發(fā)明可以設(shè)計直流變壓器、交流變壓器、變頻交流變壓器，可以把變壓器的輸出端進行并聯(lián)，可以把變壓器或變壓器組的輸入端及輸出端進行串聯(lián)，通過并聯(lián)可以增大輸出功率，通過串聯(lián)可以得到任意高的電壓，可以把任意高的電壓進行降壓。本發(fā)明設(shè)計的變壓器在制造過程中沒有調(diào)整參數(shù)，能提高生產(chǎn)效率并保障生產(chǎn)過程中無次品。
文檔編號H01F41/00GK1622235SQ20031011666
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月29日
發(fā)明者魏營隆 申請人:魏營隆