專利名稱：節(jié)能變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器，尤其是帶有節(jié)能裝置的工業(yè)用變壓器。
目前配合交流發(fā)電機工作的變壓器都不是理論上的理想變壓器，存在著不同程度上的能量損失，輸出功率利用率低，導致了能量的無謂損失，浪費了大量的電資源。
本發(fā)明的目的是利用電荷的本身性能和做功后的特性提供一種工作時輸入電流為零的節(jié)能變壓器，解決現(xiàn)有變壓器功率利用率低這一問題。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括有初級線圈L1、L2、次級線圈L2、電容C的變壓器與有功補償器相連構(gòu)成節(jié)能變壓器。變壓器的初級線圈L1、L2與有功補償器的次級線圈相串接。有功補償器是由初級線圈L1′、L2′、次級線圈L3′、磁鐵、鐵芯及振蕩電容C′組成，初級線圈L1′與L2′串聯(lián)，振蕩電容C′跨接在初級線圈L1′、L2′的連接端與一輸入端之間。有功補償器在無磁鐵空載時輸入的電流為零，加上磁鐵后，由于L2′C′振蕩所產(chǎn)生的磁場對磁鐵做功，在有功補償器的輸入端出現(xiàn)電流，這時變壓器又能產(chǎn)生一個補償磁場，補償磁場產(chǎn)生一個與有功補償器輸入電流大小相等、方向相反的感應電流，二者相互抵消，從向使輸入電流是零。當節(jié)能變壓器的輸入電壓為V時，一臺有功補償器的輸出功率為0.02V。若節(jié)能變壓器由一臺變壓器與M臺有功補償器構(gòu)成，M臺有功補償器的初級線圈L1′、L2′并聯(lián)，次級線圈L3′串聯(lián)，串聯(lián)后與變壓器的初級線圈L1、L2相連，這樣M臺有功補償器的輸出功率就為0.02VM，可見有功補償器的作用就是為了提高交流發(fā)電機輸出功率的利用率，在進行能量交換過程中，利用電荷的全部電磁能做功，消除了運動電荷在電源輸出線圈定子鐵芯上產(chǎn)生的磁場，降低了能量損失，提高功率利用率，從而達到節(jié)能降耗的目的。
節(jié)能變壓器的能量的勢能為單位，不需要電流，設(shè)計功率P=0.02VM，其中V為輸入電壓，M為常數(shù)，1伏特電壓的勢能所產(chǎn)生的磁場，由磁場轉(zhuǎn)換成的電能等于0.02瓦特，根據(jù)功率公式，功率大小可任意設(shè)計，輸入電壓任意可取，設(shè)計功率無論多大，輸入電流都等于零，輸出電壓，電流在變壓器額定容量范圍內(nèi)任意可取。
目前人們設(shè)計的變壓器，采用了以電流量為基礎(chǔ)的設(shè)計技術(shù)，這樣不能發(fā)揮電荷能量的全部作用，使電荷做功后的余能順向回到交流發(fā)電機的電源輸出線圈上，在交流發(fā)電機定子鐵芯上產(chǎn)生一個磁場，阻礙轉(zhuǎn)子的正常運轉(zhuǎn)，只有加大能源，才能保持交流發(fā)電機在有載情況下均速運轉(zhuǎn)，供負載消耗。節(jié)能變壓器圍繞和利用電荷的性能和做功后的特性，以低消耗獲得了高效益的目的。
節(jié)能變壓器由有功補償器、變壓器組成，在整機的整個研究過程中，重點突破的關(guān)鍵是在能量交換過程中消除電荷做功后的余能和利用電荷做功后所產(chǎn)生的磁場，運用兩個能量互相抵消能產(chǎn)生另一個能量的原理，使電荷運動所產(chǎn)生的軌跡電壓、軌跡電流、軌跡區(qū)充分發(fā)揮作用，使不消耗的量在補充交流發(fā)電機輸出的量時，在發(fā)電機定子鐵芯上不產(chǎn)生磁場。由于能量消耗的是能而不是量，量是不消耗的，只能轉(zhuǎn)變成其它物質(zhì)，而失去了能的電荷形成了磁荷，形成的磁荷量和輸入的電荷量是完全相等的。
現(xiàn)有變壓器配合交流發(fā)電機工作，有載時變壓器所利用發(fā)電機輸出的勢能只取了交流發(fā)電機輸出能量拋物線的一段，而拋物線的另一段和終點能又由電源輸出線圈加在了交流發(fā)電機的定子鐵芯上，給發(fā)電機造成危害，不能在空載時正常運轉(zhuǎn)。由于電荷運動的速度和勢能是由磁場運動的速度決定的，這樣加負載就要成比例地加大能源，才能保持發(fā)電機正常運行，可見變壓器時能源的消耗量起到了決定性的作用。當變壓器接通電源，在空載時與交流發(fā)電機有著相同的特性，由磁場加速鐵芯和線圈上自由電荷的運動，有載時變壓器又成為能量等量交換的工具，在能量交換過程中，變壓器次級輸出線圈在負載的作用下，在鐵芯上產(chǎn)生一個磁場抵消初級線圈在變壓器鐵芯上所產(chǎn)生的磁場，由于初級線圈所產(chǎn)生的磁場被次級抵消，在初級由磁場所產(chǎn)生的反向電動勢減弱，這個反向電壓根據(jù)負載的增加成比例地下降，一直到零，初級成為阻抗消耗，當初級線圈產(chǎn)生的反向電壓逐步低于發(fā)電機輸出電壓時，變壓器的輸入電流就逐步增大，加大初級線圈在變壓器鐵芯上所產(chǎn)生的磁場供次級線圈所產(chǎn)生的磁場抵消，初級并有一定的磁場余量維持線圈里的反向電動勢阻礙電源電荷的運動量，在初、次級產(chǎn)生的兩個磁場互相抵消的同時，就產(chǎn)生另一個能量，這個能量又分別加在初、次級的兩個線圈上，這兩個線圈所得到的勢能方向相反，次級線圈上的勢能向負載提供放電，初級線圈上勢能抵消輸入電荷運動所產(chǎn)生的反向勢能，于是初級線圈失去了空載時的控制能力，使電荷形成了拋物線式的運動，這時鐵芯也減少了對電荷的儲存量，再變壓器又屬于容性器件，當運動的電荷進入軌跡區(qū)內(nèi)，由于儲存在初級線圈的能量換極時間總是遲于交流發(fā)電機的換極時間，發(fā)電機輸出電壓與變壓器初級線圈電壓形成同向，這時發(fā)電機電壓加變壓器線圈電壓形成串聯(lián)短路放電，使變壓器輸入功率始終大于輸出功率，這就是變壓器所產(chǎn)生無功的主要原因，因為電感線圈沒有阻抗消耗，電感線圈的阻抗消耗量就是變壓器鐵芯所產(chǎn)生的磁場量，電荷不消耗就不產(chǎn)生磁場，因為電荷對任何物體都有吸引力，做功后的電荷即磁荷只對鐵有吸引力，所以要使電荷全部形成磁場，就必須加大初級線圈的熱功量，而現(xiàn)有的變壓器實際上是按照空載時鐵芯對電荷的儲存量和產(chǎn)生的反向電動勢而決定的，人們把電荷在鐵芯上運動的現(xiàn)象看成是磁場，實際上電荷在物體上運動，輸入電流與產(chǎn)生的軌跡電流相等，這個能量才全部做功，沒做功的部分也就是這個能量做功后的余能?，F(xiàn)有的一臺輸入電壓為220伏特的變壓器，二作時的實際壓降，就是在變壓器上的工作電壓只有44伏特，因為無論電流多大，1伏特電壓的拋物線始終是5伏特，即1伏特電壓在變壓器電感線圈上能產(chǎn)生5伏特的反向電壓，時見變壓器只取了20％的拋物線，而80％的余能是加在交流發(fā)電機上，現(xiàn)有的變壓器在能量交換過程中對能量的利用率只有20％，所以現(xiàn)有變壓器接上負載后只等效于減鐵芯。
任何物體運動都要產(chǎn)生軌跡，電荷運動也是如此。軌跡電壓足指電荷在物體上運動所產(chǎn)生的反向電動勢；軌跡電流是指電荷在物體上運動產(chǎn)生的軌跡電壓與電源電流做異向同步運動所形成的異向電流，軌跡電流用一般的方式是測不出來的，只有用示波器發(fā)現(xiàn)，用交流電流表、直流電流表把交流電分頻才能測得，電荷的能量在物體上所做的功，由軌跡電流的大小而決定；軌跡區(qū)是指在交流電每半個周波開始，與物體上的軌跡電流同向運動的時間，同向運動的時間越長，軌跡區(qū)就越大，在變壓器磁場就越強，磁場消失的時間就越慢軌跡區(qū)就越大，進入軌跡區(qū)內(nèi)的電荷只是變壓器與交流發(fā)電機形成串聯(lián)短路放電；熱感效應是指在電感線圈上由電能轉(zhuǎn)換成熱能而產(chǎn)生的磁場，這個磁場所感應出來的電動勢。
節(jié)能變壓器的制作工藝簡單，材料普通，來源廣泛，可制作大、中、小型變壓器設(shè)備。其輸入電流為零，能量損失減小，提高了發(fā)電機輸出功率的有效利用率，節(jié)約了電資源。
下而結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的描述。


圖1為變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為變壓器的線路原理圖；圖3為有功補償器的結(jié)構(gòu)剖視圖，圖4為有功補償器的線路原理圖；圖5為節(jié)能變壓器的一個實施例的線路連接圖。
在圖1所示的變壓器，由磁鐵、鐵芯B1、B2、B3、B4、初級線圈L1+L2、次級線圈L2、短路線圈L3、電容C、負載RL組成，鐵芯尺寸(單位mm):B1=B2=16×46×70,B3=B4=16×46×120、B1、B2、B3連為一體呈F狀，是用0.5mm的硅鋼片由92片迭成經(jīng)浸漆夾緊烘干成型，B4用0.5mm的硅鋼片由92片迭成，經(jīng)浸漆夾緊烘干成型，線圈L3=24700匝，L1=16470匝，L2=8230匝，電容C=0.25uf，線圈L1、L2、L3用Ф0.15的漆包線在線圈骨架上排繞而成，線圈繞線時先繞次級線圈后繞初級線圈，每繞一層刷一層絕緣漆，加一層0.001的電容紙，L1、L2繞到8230匝時抽頭再繞16470匝即成，L3是按上述要求過程一次繞好24700匝，線圈繞好后經(jīng)24小時烘干，再把L1、L2套在鐵芯B1上，L3套在鐵芯B3上短路，再加上40×60×70的磁鐵，鐵芯B4上作氣隙調(diào)整用，整個變壓器就做成了。
圖2中，其工作原理是接通電源后，自由電子企圖通過初級線圈L1+L2向電容C充電，由于鐵芯線圈L1+L2的儲存容量遠遠大于電容C的容量，電子的能量全部儲存在初級線圈L1+L2上，這瞬時的變壓器處于容性狀態(tài)，沒有磁場。儲存在線圈上的電能由次級線圈L2提供回路向負載RL放電，供負載消耗，與此同時，次級線圈L2的鐵芯上形成一個磁場，這個磁場在初級線圈上產(chǎn)生出一個與交流發(fā)電機輸出電壓同向的感生電壓，這兩個電壓一起給電容C充電，充電的同時又在初級線圈L1+L2上產(chǎn)生一個與電容C的電壓同向、與電源輸出電壓反向的反向電動勢，這時表現(xiàn)為初級線圈、電容及輸入電流都同時向交流發(fā)電機電源輸出線圈做異向運動，在交流電的正半周內(nèi)電容C上的能量按上述過程邊充邊放，由于感生電壓、感生電流始終滯后于輸入電壓、輸入電流，當交流電處于負半周時，初級線圈L1+L2上的感生電壓、電容上二的電壓與交流發(fā)電機的輸出電壓處于同向，電容C上的能量與發(fā)電機輸出的能量同時通過次級線圈L2向負載放電，即輸出能量，電容C又開始了邊充電邊放電的過程，如此周而復始的工作。在這個過程中交流發(fā)電機的電源輸出線圈上也有兩個完全相等的異向感生電流和輸入電流在運動，其結(jié)果是互相抵消，在交流電流表上呈現(xiàn)零值，即變壓器的輸入電流為零。磁鐵、L3短路線圈的作用是為了提高變壓器效率，減少L1、L2的匝數(shù)、當交流電流表上出現(xiàn)數(shù)值時，加上磁鐵可以使交流電電流表復位于零，大、中型變壓器可以不用磁鐵和回路線圈L3，而是直接與有功補償器相連接。
圖3、圖4所示的有功補償器，由磁鐵、鐵芯1、振蕩電容C′、線圈L1′、L2′、L3′組成，B1′、B2′、B3′為鐵芯邊。磁鐵尺寸為40×60×60mm，鐵芯用GE1-26，用0.35mm的硅鋼片120片交叉迭成，電容C′=8uf，線圈L1′=L2′=L3′=800匝，用Ф0.44的漆包線在線圈骨架上用排線法繞制，繞制時，先繞初級線圈L2′，繞好后再加0.35mm的絕緣紙，再繞次級線圈L3′,L1′、L2′、L3′繞好后分別裝在鐵芯邊B1′、B2′上，用夾板夾緊鐵芯，再浸漆滴干，經(jīng)24小時烘干即成，加上磁鐵，L2′接上振蕩電容C′，整個有功補償器就做成了。其主要作用是為了提高交流發(fā)電機的效率。
其工作原理是接通250伏的交流電壓，電流通過L1′、L2′回路并同時向電容C′充電，在線圈L1′、L2′鐵芯B1′、B2′上產(chǎn)生一個磁場，并以2倍于電源電壓產(chǎn)生的磁通量通過鐵芯B3′回路，這時在線圈L1′、L2′上各產(chǎn)生一個250伏的感應電壓，這兩個反向電動勢是同向的，此時L1′，電容C′與電源形成電壓、電流同步的LC振蕩電路，電源電壓和線圈L2′的感應電壓同時向電容C′充電，此時電容C′的電壓為電源電壓的兩倍，這時電容C′上的能量與線圈L2′上的能量串聯(lián)放電，在放電的同時產(chǎn)生一個磁場通過鐵芯B3′、B1′回路，在線圈L1′產(chǎn)生一個反向電動勢并阻礙電源電荷運動，L2′C′的振蕩電流逐步增大，L1′C′的振蕩電流逐步減少，直至電容C′上的電壓等于電源電壓時，振蕩就處于穩(wěn)定，則輸入電流復位到零，此時L2′C的振蕩電流等于640MA，電容電壓為250伏，L2′、L1′上的感應電壓為250伏，L2′C′振蕩電路對磁鐵產(chǎn)生排斥或吸引，并在線圈L3′上感應出一個與電源電壓同步的反向電動勢，阻礙有功補償器儲存的能量向電源釋放。要維持有功補償器這種穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)，只需要電壓，不需要電流，此時的有功補償器就等效于一臺相同功率的空載交流發(fā)電機。
圖5是節(jié)能變壓器一個實施例的線路連接圖。圖中一臺15瓦特的變壓器B與三臺初級線圈并聯(lián)、次級線圈串聯(lián)的有功補償器連接而成。接通250伏的交流電源，三臺并聯(lián)的有功補償器經(jīng)電磁振蕩穩(wěn)定后，次級線圈L3′串聯(lián)輸出750伏的電壓輸入到變壓器B上，由變壓器B的次級線圈L2提供給負載做功回路，線圈L1+L2產(chǎn)生的感應電流與輸入電流同步異向通過三個有功補償器的次級線圈L3′回路，感應電流與有功補償器的初級線圈輸入的電流方向相同，共同加強鐵芯的磁場，共同排斥和吸引磁鐵，從而使變壓器B做功后產(chǎn)生的磁能轉(zhuǎn)變成電能，重新供負載做功、有功補償器的輸入電流呈現(xiàn)零值，交流發(fā)電機處于空載狀態(tài)，只要有一個電壓輸出來阻止L2′C′振蕩產(chǎn)生的能量不對交流發(fā)電機放電即可。變壓器B做功所消耗的能量就是磁鐵所產(chǎn)生的磁能，從而降低電能損耗達到節(jié)能的目的。當變壓器的輸入功率為P、輸入電壓為V時，則需要連接的有功補償器的個數(shù)為P/0.02V。連接關(guān)系如圖3所示一樣以此類推。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能變壓器，包括初級線圈、次級線圈組成的變壓器，其特征在于變壓器初級線圈(L1、L2)上串接有與變壓器匹配并且使變壓器初級輸入電流為零的有功補償器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征在于所述的有功補償器包括有初級線圈(L1′、L2′)、次級線圈(L3′)、磁鐵、鐵芯及振蕩電容(C′)組成，初級線圈由(L1′)與(L2′)串聯(lián)而成，振蕩電容(C′)跨接在初級線圈(L1′)與(L2′)的連接端和一輸入端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征在于一臺變壓器與由M臺初級線圈并聯(lián)、次級線圈串聯(lián)而成的有功補償器連接而成，輸出功率為0.02VM，其中V為輸入電壓，M臺有功補償器的次級線圈(L3′)相互串聯(lián)，并與變壓器初級線圈(L1、L2)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交流發(fā)電機用的能量補償器節(jié)能變壓器,其特征在于由有功補償器和變壓器組成。與發(fā)電機配套工作時每增加一臺有功補償器就等同于增加一臺相同功率的空載交流發(fā)電機,且使變壓器的初級輸入電流為零,克服了現(xiàn)有變壓器能耗大、利用率低這一難題,節(jié)約了能源,達到了節(jié)能降耗的目的。
文檔編號H01F27/42GK1210346SQ9811017
公開日1999年3月10日 申請日期1998年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月21日
發(fā)明者李廣義 申請人:李廣義