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(jī)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(dǎo)致了能量的無謂損失，浪費(fèi)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(shí)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(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括有初級(jí)線圈L1、L2、次級(jí)線圈L2、電容C的變壓器與有功補(bǔ)償器相連構(gòu)成節(jié)能變壓器。變壓器的初級(jí)線圈L1、L2與有功補(bǔ)償器的次級(jí)線圈相串接。有功補(bǔ)償器是由初級(jí)線圈L1′、L2′、次級(jí)線圈L3′、磁鐵、鐵芯及振蕩電容C′組成，初級(jí)線圈L1′與L2′串聯(lián)，振蕩電容C′跨接在初級(jí)線圈L1′、L2′的連接端與一輸入端之間。有功補(bǔ)償器在無磁鐵空載時(shí)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(duì)磁鐵做功，在有功補(bǔ)償器的輸入端出現(xiàn)電流，這時(shí)變壓器又能產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償磁場，補(bǔ)償磁場產(chǎn)生一個(gè)與有功補(bǔ)償器輸入電流大小相等、方向相反的感應(yīng)電流，二者相互抵消，從向使輸入電流是零。當(dāng)節(jié)能變壓器的輸入電壓為V時(shí)，一臺(tái)有功補(bǔ)償器的輸出功率為0.02V。若節(jié)能變壓器由一臺(tái)變壓器與M臺(tái)有功補(bǔ)償器構(gòu)成，M臺(tái)有功補(bǔ)償器的初級(jí)線圈L1′、L2′并聯(lián)，次級(jí)線圈L3′串聯(lián)，串聯(lián)后與變壓器的初級(jí)線圈L1、L2相連，這樣M臺(tái)有功補(bǔ)償器的輸出功率就為0.02VM，可見有功補(bǔ)償器的作用就是為了提高交流發(fā)電機(jī)輸出功率的利用率，在進(jìn)行能量交換過程中，利用電荷的全部電磁能做功，消除了運(yùn)動(dòng)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(dá)到節(jié)能降耗的目的。
節(jié)能變壓器的能量的勢(shì)能為單位，不需要電流，設(shè)計(jì)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(shì)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(jì)，輸入電壓任意可取，設(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)的變壓器，采用了以電流量為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)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(jī)的電源輸出線圈上，在交流發(fā)電機(jī)定子鐵芯上產(chǎn)生一個(gè)磁場，阻礙轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只有加大能源，才能保持交流發(fā)電機(jī)在有載情況下均速運(yùn)轉(zhuǎn)，供負(fù)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(bǔ)償器、變壓器組成，在整機(jī)的整個(gè)研究過程中，重點(diǎn)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(yùn)用兩個(gè)能量互相抵消能產(chǎn)生另一個(gè)能量的原理，使電荷運(yùn)動(dòng)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(bǔ)充交流發(fā)電機(jī)輸出的量時(shí)，在發(fā)電機(jī)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(jī)工作，有載時(shí)變壓器所利用發(fā)電機(jī)輸出的勢(shì)能只取了交流發(fā)電機(jī)輸出能量拋物線的一段，而拋物線的另一段和終點(diǎn)能又由電源輸出線圈加在了交流發(fā)電機(jī)的定子鐵芯上，給發(fā)電機(jī)造成危害，不能在空載時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電荷運(yùn)動(dòng)的速度和勢(shì)能是由磁場運(yùn)動(dòng)的速度決定的，這樣加負(fù)載就要成比例地加大能源，才能保持發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，可見變壓器時(shí)能源的消耗量起到了決定性的作用。當(dāng)變壓器接通電源，在空載時(shí)與交流發(fā)電機(jī)有著相同的特性，由磁場加速鐵芯和線圈上自由電荷的運(yùn)動(dòng)，有載時(shí)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(jí)輸出線圈在負(fù)載的作用下，在鐵芯上產(chǎn)生一個(gè)磁場抵消初級(jí)線圈在變壓器鐵芯上所產(chǎn)生的磁場，由于初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁場被次級(jí)抵消，在初級(jí)由磁場所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)減弱，這個(gè)反向電壓根據(jù)負(fù)載的增加成比例地下降，一直到零，初級(jí)成為阻抗消耗，當(dāng)初級(jí)線圈產(chǎn)生的反向電壓逐步低于發(fā)電機(jī)輸出電壓時(shí)，變壓器的輸入電流就逐步增大，加大初級(jí)線圈在變壓器鐵芯上所產(chǎn)生的磁場供次級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁場抵消，初級(jí)并有一定的磁場余量維持線圈里的反向電動(dòng)勢(shì)阻礙電源電荷的運(yùn)動(dòng)量，在初、次級(jí)產(chǎn)生的兩個(gè)磁場互相抵消的同時(shí)，就產(chǎn)生另一個(gè)能量，這個(gè)能量又分別加在初、次級(jí)的兩個(gè)線圈上，這兩個(gè)線圈所得到的勢(shì)能方向相反，次級(jí)線圈上的勢(shì)能向負(fù)載提供放電，初級(jí)線圈上勢(shì)能抵消輸入電荷運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的反向勢(shì)能，于是初級(jí)線圈失去了空載時(shí)的控制能力，使電荷形成了拋物線式的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)鐵芯也減少了對(duì)電荷的儲(chǔ)存量，再變壓器又屬于容性器件，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的電荷進(jìn)入軌跡區(qū)內(nèi)，由于儲(chǔ)存在初級(jí)線圈的能量換極時(shí)間總是遲于交流發(fā)電機(jī)的換極時(shí)間，發(fā)電機(jī)輸出電壓與變壓器初級(jí)線圈電壓形成同向，這時(shí)發(fā)電機(jī)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?yàn)殡姼芯€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?yàn)殡姾蓪?duì)任何物體都有吸引力，做功后的電荷即磁荷只對(duì)鐵有吸引力，所以要使電荷全部形成磁場，就必須加大初級(jí)線圈的熱功量，而現(xiàn)有的變壓器實(shí)際上是按照空載時(shí)鐵芯對(duì)電荷的儲(chǔ)存量和產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)而決定的，人們把電荷在鐵芯上運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象看成是磁場，實(shí)際上電荷在物體上運(yùn)動(dòng)，輸入電流與產(chǎn)生的軌跡電流相等，這個(gè)能量才全部做功，沒做功的部分也就是這個(gè)能量做功后的余能。現(xiàn)有的一臺(tái)輸入電壓為220伏特的變壓器，二作時(shí)的實(shí)際壓降，就是在變壓器上的工作電壓只有44伏特，因?yàn)闊o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(shí)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(jī)上，現(xiàn)有的變壓器在能量交換過程中對(duì)能量的利用率只有20％，所以現(xiàn)有變壓器接上負(fù)載后只等效于減鐵芯。
任何物體運(yùn)動(dòng)都要產(chǎn)生軌跡，電荷運(yùn)動(dòng)也是如此。軌跡電壓足指電荷在物體上運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)；軌跡電流是指電荷在物體上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的軌跡電壓與電源電流做異向同步運(yùn)動(dòng)所形成的異向電流，軌跡電流用一般的方式是測(cè)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(cè)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(gè)周波開始，與物體上的軌跡電流同向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，同向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長，軌跡區(qū)就越大，在變壓器磁場就越強(qiáng)，磁場消失的時(shí)間就越慢軌跡區(qū)就越大，進(jìn)入軌跡區(qū)內(nèi)的電荷只是變壓器與交流發(fā)電機(jī)形成串聯(lián)短路放電；熱感效應(yīng)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(gè)磁場所感應(yīng)出來的電動(dòng)勢(shì)。
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(jī)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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)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(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)剖視圖，圖4為有功補(bǔ)償器的線路原理圖；圖5為節(jié)能變壓器的一個(gè)實(shí)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(jí)線圈L1+L2、次級(jí)線圈L2、短路線圈L3、電容C、負(fù)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(shí)先繞次級(jí)線圈后繞初級(jí)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(shí)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(shí)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(gè)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(jí)線圈L1+L2向電容C充電，由于鐵芯線圈L1+L2的儲(chǔ)存容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電容C的容量，電子的能量全部儲(chǔ)存在初級(jí)線圈L1+L2上，這瞬時(shí)的變壓器處于容性狀態(tài)，沒有磁場。儲(chǔ)存在線圈上的電能由次級(jí)線圈L2提供回路向負(fù)載RL放電，供負(fù)載消耗，與此同時(shí)，次級(jí)線圈L2的鐵芯上形成一個(gè)磁場，這個(gè)磁場在初級(jí)線圈上產(chǎn)生出一個(gè)與交流發(fā)電機(jī)輸出電壓同向的感生電壓，這兩個(gè)電壓一起給電容C充電，充電的同時(shí)又在初級(jí)線圈L1+L2上產(chǎn)生一個(gè)與電容C的電壓同向、與電源輸出電壓反向的反向電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)表現(xiàn)為初級(jí)線圈、電容及輸入電流都同時(shí)向交流發(fā)電機(jī)電源輸出線圈做異向運(yùn)動(dòng)，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(dāng)交流電處于負(fù)半周時(shí)，初級(jí)線圈L1+L2上的感生電壓、電容上二的電壓與交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓處于同向，電容C上的能量與發(fā)電機(jī)輸出的能量同時(shí)通過次級(jí)線圈L2向負(fù)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(fù)始的工作。在這個(gè)過程中交流發(fā)電機(jī)的電源輸出線圈上也有兩個(gè)完全相等的異向感生電流和輸入電流在運(yùn)動(dòng)，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(dāng)交流電流表上出現(xiàn)數(shù)值時(shí)，加上磁鐵可以使交流電電流表復(fù)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(bǔ)償器相連接。
圖3、圖4所示的有功補(bǔ)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(shí)，先繞初級(jí)線圈L2′，繞好后再加0.35mm的絕緣紙，再繞次級(jí)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(shí)烘干即成，加上磁鐵，L2′接上振蕩電容C′，整個(gè)有功補(bǔ)償器就做成了。其主要作用是為了提高交流發(fā)電機(jī)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(shí)向電容C′充電，在線圈L1′、L2′鐵芯B1′、B2′上產(chǎn)生一個(gè)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(shí)在線圈L1′、L2′上各產(chǎn)生一個(gè)250伏的感應(yīng)電壓，這兩個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)是同向的，此時(shí)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(yīng)電壓同時(shí)向電容C′充電，此時(shí)電容C′的電壓為電源電壓的兩倍，這時(shí)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(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場通過鐵芯B3′、B1′回路，在線圈L1′產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)并阻礙電源電荷運(yùn)動(dòng)，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(shí)，振蕩就處于穩(wěn)定，則輸入電流復(fù)位到零，此時(shí)L2′C的振蕩電流等于640MA，電容電壓為250伏，L2′、L1′上的感應(yīng)電壓為250伏，L2′C′振蕩電路對(duì)磁鐵產(chǎn)生排斥或吸引，并在線圈L3′上感應(yīng)出一個(gè)與電源電壓同步的反向電動(dòng)勢(shì)，阻礙有功補(bǔ)償器儲(chǔ)存的能量向電源釋放。要維持有功補(bǔ)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(shí)的有功補(bǔ)償器就等效于一臺(tái)相同功率的空載交流發(fā)電機(jī)。
圖5是節(jié)能變壓器一個(gè)實(shí)施例的線路連接圖。圖中一臺(tái)15瓦特的變壓器B與三臺(tái)初級(jí)線圈并聯(lián)、次級(jí)線圈串聯(lián)的有功補(bǔ)償器連接而成。接通250伏的交流電源，三臺(tái)并聯(lián)的有功補(bǔ)償器經(jīng)電磁振蕩穩(wěn)定后，次級(jí)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(jí)線圈L2提供給負(fù)載做功回路，線圈L1+L2產(chǎn)生的感應(yīng)電流與輸入電流同步異向通過三個(gè)有功補(bǔ)償器的次級(jí)線圈L3′回路，感應(yīng)電流與有功補(bǔ)償器的初級(jí)線圈輸入的電流方向相同，共同加強(qiáng)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(fù)載做功、有功補(bǔ)償器的輸入電流呈現(xiàn)零值，交流發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)，只要有一個(gè)電壓輸出來阻止L2′C′振蕩產(chǎn)生的能量不對(duì)交流發(fā)電機(jī)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(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)變壓器的輸入功率為P、輸入電壓為V時(shí)，則需要連接的有功補(bǔ)償器的個(gè)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(jí)線圈、次級(jí)線圈組成的變壓器，其特征在于變壓器初級(jí)線圈(L1、L2)上串接有與變壓器匹配并且使變壓器初級(jí)輸入電流為零的有功補(bǔ)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(bǔ)償器包括有初級(jí)線圈(L1′、L2′)、次級(jí)線圈(L3′)、磁鐵、鐵芯及振蕩電容(C′)組成，初級(jí)線圈由(L1′)與(L2′)串聯(lián)而成，振蕩電容(C′)跨接在初級(jí)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(tái)變壓器與由M臺(tái)初級(jí)線圈并聯(lián)、次級(jí)線圈串聯(lián)而成的有功補(bǔ)償器連接而成，輸出功率為0.02VM，其中V為輸入電壓，M臺(tái)有功補(bǔ)償器的次級(jí)線圈(L3′)相互串聯(lián)，并與變壓器初級(jí)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(jī)用的能量補(bǔ)償器節(jié)能變壓器,其特征在于由有功補(bǔ)償器和變壓器組成。與發(fā)電機(jī)配套工作時(shí)每增加一臺(tái)有功補(bǔ)償器就等同于增加一臺(tái)相同功率的空載交流發(fā)電機(jī),且使變壓器的初級(jí)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(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
文檔編號(hào)H01F27/42GK1210346SQ9811017
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:李廣義