變壓器和變壓設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及變壓器。
【背景技術(shù)】
[000引在商用AC輸電和配電系統(tǒng)中，使用變壓器。就在消費者的房子附近，使用柱式變 壓器，其將例如6600V (50化或60Hz)變換為200V (參見非專利文獻1)。該樣的柱式變壓器 具有圍繞鐵巧纏繞的作為導(dǎo)線的厚線圈，并且因此具有相當大的重量。例如，具有直徑40cm 和高度80cm的柱式變壓器具有大約200kg的重量，包括絕緣油和外殼。
[0003] 另一方面，為了實現(xiàn)作為下一代電力系統(tǒng)的智能電網(wǎng)，正在進行SST(固態(tài)變壓 器）的研究。對于SST，使用高頻變壓器（例如，參見非專利文獻2)。
[0004] 引用列表
[000引[非專利文獻]
[0006]非專利文獻1 ;Quibu Electric Power Co. , Inc.的主頁，[化le Transformer(柱 式變壓器）]，[在線]，[2013年7月19日捜索]，因特網(wǎng)
[0007] <URL:http://www. chuden. co. jp/e-museum/guide/3floor/exhibit_c23. html>
[000引非專利文獻2 ;Falcones, S.:等人.，化wer and Elnergy Society General Meeti ng, 2010IE邸，pp. 1-8, Minneapolis, 2010年7月 【實用新型內(nèi)容】
[0009] [技術(shù)問題]
[0010] 傳統(tǒng)的柱式變壓器沉重，并且因此不容易處理。另外，在柱上需要大得足W包含變 壓器的外部尺寸的附加空間。
[0011] 另一方面，高頻變壓器不能避免寄生電容的影響，并且在設(shè)計上具有困難。
[0012] 考慮到該樣的傳統(tǒng)問題，本實用新型的目的是提供一種具有小尺寸和輕重量的創(chuàng) 新的下一代變壓器，其不需要在傳統(tǒng)變壓器中使用的、用于磁禪合、電磁感應(yīng)或互感的線圈 和鐵巧等。
[0013] [對于問題的解決方案]
[0014] 本實用新型是在電源和具有電阻值R的負載之間設(shè)置的變壓器，該變壓器包括由 n個相互連接的電抗元件構(gòu)成的二端子對電路，其中，n是等于或大于4的自然數(shù)，其中，相 對于該負載的電阻值R的任何值，該二端子對電路的輸入阻抗Zi。具有；實部k ? R，其中，k 是常數(shù)；W及，虛部0。
[0015] 另外，本實用新型還設(shè)及一種變壓設(shè)備，其包含：用于進行切換的電路；W及插入 在該電路內(nèi)的所述的變壓器。
[0016] 注意，電抗元件是具有電感電抗的電感器或具有電容電抗的電容器。
[0017] [本實用新型的有益效果]
[0018] 使用本實用新型的變壓器作為電力變壓器使得不必使用包括線圈和鐵巧等的傳 統(tǒng)變壓器。因此，變得有可能實現(xiàn)變壓器的顯著的尺寸減小和重量減小，并且由此實現(xiàn)成本 減小。
【附圖說明】
[0019] 圖1是示出使用二端子對電路（四端子電路）的變壓器的概念的圖。
[0020] 圖2是示出構(gòu)成電路的元件的元件數(shù)量的概念的圖。
[0021] 圖3是示出可W通過使用最小元件數(shù)量4而建立的電路配置的四種模式的圖。
[002引圖4是示出4A型的電路配置的圖。
[0023] 圖5是示出作為4A型的電路配置的實際示例的6種模式的圖。
[0024] 圖6是示出4B型的電路配置的圖。
[0025] 圖7是示出作為4B型的電路配置的實際示例的6種模式的圖。
[0026] 圖8是示出4C型的電路配置的圖。
[0027] 圖9是示出作為4C型的電路配置的實際示例的6種模式的圖。
[002引圖10是示出4D型的電路配置的圖。
[0029] 圖11是示出作為4D型的電路配置的實際示例的兩種模式的圖。
[0030] 圖12是電路圖，其中，（a)示出n= 5的電路配置的第一示例，并且化）示出T形 電路。
[0031] 圖13是電路圖，其中，（a)示出n = 5的電路配置的第二示例，并且化）示出31形 電路。
[003引圖14是電路圖，其中，（a)示出n=6的電路配置的第一示例，并且化）示出n=6的電路配置的第二示例。
[0033] 圖15是示出具有另一種配置的變壓器的電路圖。
[0034] 圖16是電路圖，其中，（a)示出當在圖15中的四個開關(guān)中的、在上側(cè)上的兩個開關(guān) 接通并且在下側(cè)上的兩個開關(guān)斷開時的大體連接狀態(tài)，W及，化）W階梯狀形狀示出與（a) 中相同的電路圖。
[0035] 圖17是電路圖，其中，（a)示出當在圖15中的四個開關(guān)中的、在下側(cè)上的兩個開關(guān) 接通并且在上側(cè)上的兩個開關(guān)斷開時的大體連接狀態(tài)，W及，化）W階梯狀形狀示出與（a) 中相同的電路圖。
[0036] 圖18是分別示出向圖15中的變壓器的輸入電壓和輸入電流的波形圖。
[0037] 圖19是分別示出圖15中的變壓器中的變換的中間級處的電壓和電流的波形圖。 [003引圖20是分別示出來自在圖15中的變壓器的輸出電壓和輸出電流的波形圖。
[0039] 圖21是示出在圖15中所示的變壓器和具有4A型的電路配置的變壓器的組合的 電路圖。
[0040] 圖22是示出在圖15中所示的變壓器和具有4B型的電路配置的變壓器的組合的 電路圖。
[0041] 圖23是示出在圖15中所示的變壓器和具有4C型的電路配置的變壓器的組合的 電路圖。
[0042] 圖24是示出在圖15中所示的變壓器和具有4D型的電路配置的變壓器的組合的 電路圖。
【具體實施方式】
[00創(chuàng)[實施例的總結(jié)]
[0044] 本實用新型的實施例的總結(jié)至少包括下面的部分。
[0045] (1)變壓器被設(shè)置在電源和具有電阻值R的負載之間，并且包括由n個相互連接的 電抗元件構(gòu)成的二端子對電路，其中，n是等于或大于4的自然數(shù)。相對于負載的電阻值R 的任何值，二端子對電路的輸入阻抗Zi。具有；實部k?R，其中，k是常數(shù)；W及，虛部0。
[0046] 如上所述的變壓器可W獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓，與負載的電阻值R無 關(guān)。目P，可W獲得使用恒定的電壓變換比率（l/k)i/2將輸入電壓變換為輸出電壓的變壓器。 使用上面的變壓器作為變壓器使得不必使用傳統(tǒng)的商用頻率變壓器或高頻變壓器。因此， 可W實現(xiàn)變壓器的顯著的尺寸減小和重量減小，并且結(jié)果，可W實現(xiàn)成本減小。而且，也解 決了在高頻變壓器中產(chǎn)生的寄生電容和出現(xiàn)磁場泄漏的問題，并且因此，可W實現(xiàn)具有低 損耗的變壓器。
[0047] 似在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中四個電抗元件的電抗是Xi、X2、X3和X4的 情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由在二端子對電路的一條線上存在的Xi、在其兩條線 之間存在的X,、在該一條線上存在的X3和在該兩條線之間存在的X4構(gòu)成，并且滿足下面的 條件。
[0048] (1/Xi) + (1/X2) + (I/X3) = 0八X2+Xs+X4= 0
[0049] 在該情況下，輸入阻抗Zi。被表示為Zh=狂2VX42) -R，并且與負載的電阻值R成 比例，并且因此獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓。
[0化0] 注意，符號"八"表示邏輯與或與（W下，該也適用）。
[0051] 做在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中四個電抗元件的電抗是Xi、X2、X3和X4的 情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由在二端子對電路的兩條線之間存在的Xi、在其一條 線上存在的X,、在該兩條線之間存在的X3和在存在的X4構(gòu)成，并且滿足下面的條件。
[0052]Xi+X2+Xs= 0八（1作2) + (1/%) + (1/%) = 0
[0化引在該情況下，輸入阻抗Zi。被表示為Zh=狂? R，并且與負載的電阻值R成 比例，并且因此獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓。
[0054] (4)在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中四個電抗元件的電抗是Xi、X2、X3和X4的 情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由下述部分構(gòu)成；由在二端子對電路的一條線上存在 的Xi、在其兩條線之間存在的X2和在該一條線上存在的X3形成的T形電路；W及，與X1和 X3的串聯(lián)單元并聯(lián)的X4,并且滿足下面的條件。
[005引 Xi巧3+《4= 0 八（1/X1) + (1/%) + (1/%) = 0
[0056]在該情況下，輸入阻抗Zin被表示為Zin=狂'R，并且與負載的電阻值R成 比例，并且因此獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓。
[0057]妨在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中四個電抗元件的電抗是Xi、X2、X3和X4的 情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由在二端子對電路的兩條線之間存在的Xi和X2的第一 串聯(lián)單元和在該兩條線之間存在的X3和X4的第二串聯(lián)單元構(gòu)成，使得在第一串聯(lián)單元中 的相互連接點和在第二串聯(lián)單元中的相互連接點是輸出端子，并且滿足下面的條件。
[005引 X1+X2巧3+X4= 0八（1/X1) + (1/%) + (1/%) + (1/X4) = 0
[0059] 在該情況下，輸入阻抗Zi。被表示為Zh= {狂片2)7狂i-X,)2} -R，并且與負載的電 阻值R成比例，并且因此獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓。
[0060] 做在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中五個電抗元件的電抗是Xa、Xb、X。X。和 Xg的情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由在二端子對電路的一條線上存在的XA、在其兩 條線之間存在的Xb、在該一條線上存在的而、在該兩條線之間存在的Xd和在該一條線上存 在的Xe構(gòu)成，并且滿足下面的條件。
[006UXa=-XbAXe=-XdAXc=Xa+Xe
[0062] 在該情況下，輸入阻抗Zi。被表示為Zh=狂//V) ?R，并且與負載的電阻值R成 比例，并且因此獲得與輸入電壓成比例的輸出電壓。
[0063] (7)在（1)的變壓器中，優(yōu)選的是，在其中五個電抗元件的電抗是Xa、Xb、X。Xd和 而的情況下，二端子對電路從輸入側(cè)開始由在二端子對電路的兩條線之間存在的XA、在其 一條線上存在的Xb、在該兩條線之間存在的而、在該一條線上存在的Xd和在該兩條線之間 存在的Xe構(gòu)成，并且滿足下面的條件。
[0064] Xa=-XBAXE=-XDAXc=XA?V