靜態(tài)高效發(fā)電機(jī)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)與變壓器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)基本上都是旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，分為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式和旋轉(zhuǎn)電樞式；太陽(yáng)能光電池屬于一種靜態(tài)發(fā)電，但其受到天氣、時(shí)段和環(huán)境的影響以及成本高昂不利于普及推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供3種輸出電能均遠(yuǎn)大于輸入電能的靜態(tài)高效發(fā)電機(jī)。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供多種以靜態(tài)高效發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力電源的陸海空電動(dòng)交通運(yùn)輸作業(yè)工具。
[0005]本發(fā)明所提供的3種靜態(tài)高效發(fā)電機(jī)屬于一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，是在變壓器的基礎(chǔ)上，利用已有的電磁學(xué)原理和現(xiàn)象改造創(chuàng)新而成。創(chuàng)新之處在于:第一種機(jī)型的輸入線圈并聯(lián)了諧振電容器；第二種機(jī)型的輸入線圈串聯(lián)了諧振電容器；第三種機(jī)型輸入線圈產(chǎn)生的交變磁通始終與一個(gè)或一對(duì)固定的異性磁通相吸閉合，詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0006]1.并聯(lián)諧振型:由C型或U型或其他形狀的鐵芯組成靜態(tài)發(fā)電機(jī)的閉合磁路，輸出線圈輸出額定的電功率時(shí)，輸入線圈并聯(lián)的電容器的容抗與輸入線圈的感抗大小相等，輸入端電路發(fā)生并聯(lián)諧振，流過(guò)線圈的電流Il = U/XL與流過(guò)電容的電流Ie = U/Xc達(dá)到最大值，且大小相等，方向相反，相互抵消，這時(shí)，電路的總阻抗Z = L/RC達(dá)到最大值，通過(guò)并聯(lián)電路的總電流I = URC/L為最小值。因?yàn)榫€圈的電阻遠(yuǎn)小于感抗，總功耗P = UI (總)或P = I#最低，并且總電壓與總電流同相位。并聯(lián)諧振是一種完全的無(wú)功功率補(bǔ)償電路，電源不需要提供無(wú)功功率，只提供輸入線圈的電阻上消耗的有功功率。并聯(lián)諧振時(shí)，電路的總電流最小，支路電流卻很大，這種支路電流遠(yuǎn)大于總電流的現(xiàn)象只有在并聯(lián)諧振電路中才會(huì)發(fā)生，諧振時(shí)總電抗最大，總電流最??；失去諧振時(shí)總電抗變小，總電流增大。
[0007]技術(shù)特征:并聯(lián)諧振型適合多種頻率(50Hz?400Hz)的電壓輸入；與輸入線圈并聯(lián)的可變電容器隨著輸出端負(fù)載電流的變化快速改變電容量，因?yàn)樨?fù)載電流的變化會(huì)導(dǎo)致輸入線圈的感抗同步發(fā)生變化，所以電容器的電容量也要隨之快速改變，這樣才能使電路在每一瞬時(shí)都保持諧振狀態(tài)，達(dá)到總阻抗最大，輸入的總電流最小的目的；與同容量的單相變壓器相比，輸出功率遠(yuǎn)大于輸入功率，因?yàn)樵谳敵龉β蔝2I2相同、輸入電壓U1也相同的前提下，輸入的總電流I1為最小值；輸出功率與輸入功率的比值等于輸入線圈的感抗I與電阻R的比值。
[0008]2.串聯(lián)諧振型:變壓器在工作時(shí)，其輸入端與輸出端沒(méi)有電的連接(自耦調(diào)壓器除外)，只有磁通O1與Φ2的互感,而磁通Φ是由磁通勢(shì)產(chǎn)生的，由此可見(jiàn),磁通勢(shì)才是變壓器賴(lài)以工作的能量基礎(chǔ)和決定因素，通過(guò)分析變壓器的磁通勢(shì)平衡方程式=I1N1-12N2 =ΙΛ，得知，變壓器的磁通勢(shì)等于通過(guò)線圈的電流與線圈匝數(shù)的乘積。由C型或U型或其他形狀的鐵芯組成靜態(tài)發(fā)電機(jī)的閉合磁路，輸出線圈的匝數(shù)與同容量同電壓的變壓器相同，輸入線圈的匝數(shù)是同容量同電壓變壓器的多倍或很多倍。因?yàn)椋胍院苄〉碾娏鬏斎氘a(chǎn)生與同容量變壓器相等的磁通勢(shì)，只有大幅度增加輸入線圈的匝數(shù)，只要確定了輸入電流的大小，根據(jù)磁通勢(shì)公式就能確定輸入線圈的匝數(shù)，而高匝數(shù)乘以小電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)與低匝數(shù)乘以大電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)完全能夠達(dá)到在數(shù)值上相等、在性質(zhì)上相同；高匝數(shù)輸入線圈產(chǎn)生的高感抗由串聯(lián)的高容抗諧振電容器相抵消，當(dāng)容抗等于感抗時(shí)，串聯(lián)電路就發(fā)生諧振，電抗等于零，總阻抗等于電阻，通過(guò)串聯(lián)諧振電路的電流的大小決定于線圈的電阻與電源電壓；根據(jù)輸出端負(fù)載電流的變化，采取調(diào)壓的方式控制通過(guò)輸入端電路電流的大小，以確保輸入線圈和電容器兩端的電壓在設(shè)定的安全范圍內(nèi)。因?yàn)樵诖?lián)諧振型靜態(tài)發(fā)電機(jī)中，輸入線圈的匝數(shù)很多，所以感抗很高，由于要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，因此電容器的容抗也同樣很高，線圈兩端和電容器兩端的電壓也就很高:? = Uc= IXl = IXe，根據(jù)公式可知，唯有控制輸入電流的大小，才能確保設(shè)備或人身的安全。這種分電壓遠(yuǎn)大于總電壓的現(xiàn)象只有在串聯(lián)諧振電路中才會(huì)發(fā)生，諧振時(shí)電抗X = Xl-Xc = O，通過(guò)電路的電流最大；失去諧振時(shí)電抗增大，如果輸入端電壓保持不變，通過(guò)的電流就會(huì)變小。
[0009]技術(shù)特征:串聯(lián)諧振型適合頻率50Hz?10Hz、電壓1.5V?60V的低電壓小電流輸入；輸入線圈的匝數(shù)高、產(chǎn)生的感抗高、諧振電容器的容抗高；輸入線圈的電阻低、輸入的電流低、電阻上的消耗低；輸入端串聯(lián)的諧振可變電容器隨著輸出端負(fù)載電流的變化快速改變電容量，使電路在每一瞬時(shí)都保持諧振狀態(tài)；高匝數(shù)的輸入線圈與通過(guò)輸入線圈的低電流形成的磁通勢(shì)N1I1產(chǎn)生的主磁通O1與同容量變壓器的低匝數(shù)原邊線圈與通過(guò)原線圈的高電流形成的磁通勢(shì)N1I1產(chǎn)生的主磁通O1完全相同(如同10*100 = 1000與100*10=1000完全一樣)；假設(shè):將容量100KVA，初級(jí)電壓400V，初級(jí)電流250A，初級(jí)線圈100匝，初級(jí)線圈阻抗1.6 Ω，原邊磁通勢(shì)I1N1 = 250*100 = 25000的單相變壓器，改造成串聯(lián)諧振型靜態(tài)發(fā)電機(jī)，使其輸入線圈的匝數(shù)由100匝增加到1000匝(增加了 10倍，當(dāng)然也可以增加很多倍)，輸入電流由250A下降到25A，輸入電壓由400v下降到40v，線圈的電阻升高到
1.6 Ω，輸入端磁通勢(shì)為I1N1 = 25*1000 = 25000，這樣一來(lái)串聯(lián)諧振型靜態(tài)發(fā)電機(jī)輸入端實(shí)際消耗的有功功率為P = UI = I2R = 40*25 = 25*25*1.6 = 100ff ;輸出功率比輸入功率U2I2AJ1I1 = 400*250/40*25 = 100，所述串聯(lián)諧振型靜態(tài)發(fā)電機(jī)輸入IKW的電能可以獲得10Kff的電能輸出，這從表面上看似乎十分的不合理也絕不可能，但通過(guò)仔細(xì)分析就可以發(fā)現(xiàn):(I)原邊或輸入端的磁通勢(shì)都等于25000，這就說(shuō)明雖然僅僅輸入了 25A的電流，卻仍然能夠在1000匝的線圈中產(chǎn)生相等的磁通O1，完全滿足了產(chǎn)生等量的磁通必不可少的2個(gè)條件；(2)因?yàn)榫€圈匝數(shù)增加到原來(lái)的10倍，所以通過(guò)線圈的電流下降到原來(lái)的1/10 ; (3)原邊線圈的感抗被串聯(lián)的諧振電容的容抗相抵消，由于線圈的匝數(shù)增加了 10倍，盡管采用橫斷面較大的材料繞制線圈，但其電阻值還是會(huì)有所升高；(4)串聯(lián)諧振電路中電抗為零，阻抗等于電阻，電流的大小決定于線圈的電阻和電源電壓，假設(shè)需要的電流為25A，那么在輸入線圈的電阻為1.6Ω時(shí)需要的電壓應(yīng)為40V;(5)輸入IKW輸出100KW，這100倍的電能并不是憑空產(chǎn)生的，因?yàn)闉榱丝刂齐娮柚?，不使其過(guò)高，繞制線圈的導(dǎo)線截面要比原線圈的大，輸入線圈的匝數(shù)增加了 10倍，增加的用銅量大于10倍，增加的重量大于10倍，增加的成本也大于10倍；(6)輸出功率之所以能達(dá)到輸入功率的很多倍，其作用原理類(lèi)似于杠桿原理，杠桿原理公式F1.L1 = F2.L2與磁通勢(shì)平衡公式I1.N1?I2.N2十分的相似，通過(guò)輸入線圈的電流I1等效于杠桿的動(dòng)力F1，匝數(shù)增加了很多倍的輸入線圈N1等效于杠桿的動(dòng)力臂L1，輸出的負(fù)載電流I2等效于杠桿的阻力F2,輸出線圈N2等效于杠桿的阻力臂L2,輸出線圈的匝數(shù)和輸出的電流保持不變，等效于杠桿的阻力和阻力臂保持不變，輸入線圈的匝數(shù)增加了 10倍或很多倍，等效于杠桿的動(dòng)力臂加