CN101505089A

CN101505089A - 电容变压器

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Publication number: CN101505089A
Application number: CNA2008100742504A
Authority: CN
Inventors: 许成木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-12

Abstract

一种电容变压器，主要由整流电路、滤波电路、输入开关、输出开关、电容器C₁、C₂、…、C_n以及实现电容器C₁、C₂、…、C_n串、并联转换的串联开关和并联开关构成。循环对电容器C₁、C₂、…、C_n进行串联充电、并联放电，即可实现降压的目的。输入开关、输出开关、串联开关和并联开关为触点机械开关，或为具有开关特性的各种电路或元器件。串联开关和并联开关还可以用二极管代替。本发明最适合用于电焊机等低电压大电流的机器设备中。

Description

电容变压器

本发明涉及一种改变电压的装置，尤其是高频降压变压器。

目前，公知的在电力、电器设备上广泛应用的变压器由铁心和线圈组成，由于铁心的密度较大，故变压器较重。应用在电焊机等移动性的机器设备上时，极不便于携带和搬动。另外，由于变压器铁芯的磁导率不是常数，而是磁场强度的变量。当电场强度增大达到一定值时，铁芯的磁导率将随磁场强度的增大而减小。因此，在强电流输出时，变压器的损耗一般较大，效率偏低。

本发明的目的在于克服上述不足之处而提供一种变压器，该变压器重量较轻，在强电流输出时效率较高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：主要由整流电路、滤波电路、输入开关k_i，输出开关k_o，及由电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n及实现电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n串、并联转换的串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)组成的电容器组构成。当输出开关k_o和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)关闭(或截止)，输入开关k_i和串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1闭合时，电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n处于串联充电状态。当输入开关k_i和串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1关闭(或截止)，输出开关k_o和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)闭合时，电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n处于并联放电状态。不断重复上述过程，即可实现将高电压降压的目的。在整流电路之后可设有滤波电路，也可以不设置滤波电路。整流电路(3)、(7)为单相整流电路，或三相整流电路。

输入开关k_i，输出开关k_o为触点机械开关，或为继电器及其控制电路，或为各种门电路，或为晶闸管、三极管、场效应管、IGBT管及其控制电路，或为具有开关特性的其它电子元器件及其控制电路，或具有开关特性的各种电路。

串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)、电路中的其它开关为触点机械开关，或为二极管，或为各种继电器及其控制电路，或为各种门电路，或为晶闸管、三极管、场效应管、IGBT管及其控制电路，或为光敏电阻，或为具有单向导电性的其它元器件，或为具有开关特性的其它电子元器件及其控制电路，或具有开关特性的各种电路。

由电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n和串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)组成的电路最好并列设置两组或两组以上，通过交替充放电可得到较稳定的全波电压输出；如果只设置一组，得到的是半波电压输出。

通过增减电容器组C₁、C₂、C₃、...、C_n的数量n，即可获得不同的输出电压值。通过改变开关控制电路信号的频率，或改变电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n的电容，或改变开关控制电路导通和截止的占空比，也可获得不同的有效输出电压或电流。

滤波电路由电容器组成，或由电感器组成，或由电容器和电感器组成，或由其它具有滤波特性的电路组成。

电容器为电解电容器，或为其它种类的电容器。

开关控制电路为矩形波发生电路，或为其它类型的波形发生电路。

本发明的有益效果是：重量较轻，空载时电功率的损耗较小，效率较高。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1、2是本发明的基本结构原理电路图及两种基本的半波电路的实施例。

图3是本发明全波电路实施例的基本构造电路图。

图4、5、6、7、8、9、10、11是图3的八种基本电路图。

图12是图1的一种触点机械开关实施例结构示意图。

图13是图2的一种触点机械开关实施例结构示意图。

本发明的实施例如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13所示。

图中，1.电压输入端，2.电压输入端，3.整流电路，4.滤波电路，5.电压输出端，6.电压输出端，7.整流电路，8.滤波电路，9.电压输出端，10.电压输出端，11.电压输入端，12.电动机，13.开关滚筒，14.输出开关、并联开关电刷导板，15.输入开关电刷导板，16.串联开关电刷导板，17.输出开关、并联开关电刷导板，18.输入开关、串联开关电刷导板。

在图1中，整流电路(3)的两输出端与滤波电路(4)的两输入端分别相连。滤波电路(4)的一输出端、输入开关k_i、输出开关k_o、电压输出端(5)串联。滤波电路(4)的另一输出端与电压输出端(6)、电容器C_n的一端相连。电容器C₁的另一端与k_i至k_o的连接线相连。C₁、k_c1、C₂、k_c2、C₃、k_c3、...、k_cn-1、C_n顺序串联，k_b1、k_b2、k_b3、...、k_bn-1的一端与C₁的一端相连，另一端分别接在k_c1至C₂、k_c2至C₃、k_c3至C₄、...、k_cn-1至C_n的连线上。k_bn、k_bn+1、k_b+2、...、k_b2(n-1)的一端与C_n的一端相连，另一端分别接在C₁至k_c1、C₂至k_c2、C₃至k_c3、...、C_n-1至k_cn-1的连线上。

在图2中，k_b1、k_b2、k_b3、...、k_bn-1的一端与电压输出端(5)相连，其余元器件的连接法与图1相同。

在图3所示的实施例中，整流电路(3)、滤波电路(4)、k_i1、k_o1、C_I1、C_I2、...、C_In、k_cI1、k_cI2、...、k_cIn-1、k_bI1、k_bI2、...、k_bI2(n-1），整流电路(7)、滤波电路(8)、k_i2、k_o2、C_II1、C_II2、...、C_IIn、k_cII1、k_cII2、...、k_cIIn-1、k_bII1、k_bII2、...、k_bII2(n-1)的连接关系与图2对应元器件的连接法相同。C_III1、C_III2、...、C_IIIn、k_cIII1、k_cIII2、...、k_cIIIm-1、k_bIII1、k_bIII2、...、k_bIII2 _(m-1)，C_IV1、C_IV2、...、C_IVm、k_cIV1、k_cIV2、...、k_cIVm-1、k_bIV1、k_bIV2、...、k_bIV2(m-1)的连接关系与图1对应元器件的连接法相同。C_III1的一端依次通过k_io1和k_o3再与电压输出端(5)相连，C_III1的一端还通过k_g1与k_i1到k_o1的连线相连。C_d1的两极分别与电压输出端(6)和k_io1到k_o3的连线相连。C_IV1的一端依次通过k_io2和k_o4再与电压输出端(9)相连，C_IV1的一端还通过k_g2与k_i2到k_o2的连线相连。C_d2的两极分别与电压输出端(10)和k_io2到k_o4的连线相连。整流电路(3)、(7)为单相整流电路，或为三相整流电路。将电压输出端(5)、(6)分别与电压输出端(10)、(9)相连可得到交流输出；将电压输出端(5)、(6)分别与电压输出端(9)、(10)相连可得到直流输出。设计成直流输出时，整流电路(3)、(7)，滤波电路(4)、(8)均可以合二为一。k_bI1、k_bI2、...、k_bI(n-1)的公共端可接在k_i1至k_o1的连线上；k_bII1、k_bII2、...、k_bII(n-1)的公共端可接在k_i2至k_o2的连线上。由k_g1、k_io1、k_o3、C_d1、C_III1、C_III2、...、C_IIIm、k_cIII1、k_cIII2、...、k_cIIIm-1、k_bIII1、k_bIII2、...、k_bIII2(m-1)和由k_g2、k_io2、k_o4、C_d2、C_IV1、C_IV2、...、C_IVm、k_cIV1、k_cIV2、...、k_cIVm-1、k_bIV1、k_bIV2、...、k_bIV2(m-1)组成的电路可以设置，也可以不设置，或只设置由k_g1、k_io1、k_o3、C_d1、C_III1、C_III2、...、C_IIIm、k_cIII1、k_cIII2、...、k_cIIIm-1、k_bIII1、k_bIII2、...、k_bIII2(m-1)组成的电路。电路要求n大于m，m一般取3到5。C_d1、C_d2的电容值应较大，C_III1、G_III2、...、C_IIIm、C_IV1、C_IV2、...、C_IVm的电容值应较小，从而使电路具有较高的空载电压。当k_i1、k_cI1、k_cI2、...、k_cIn-1、k_g1、k_cIII1、k_cIII2、...、k_cIIIm-1、k_o3、k_o2、k_bII1、k_bII2、...、k_bII2(n-1)、k_bIV1、k_bIV2、...、k_bIV2(m-1)、k_oi2导通时，k_o1、k_bI1、k_bI2、...、k_b12(n-1)、k_bIII1、k_bIII2、...、k_bIII2 _(m-1)、k_oi1、k_i2、k_cII1、k_cII2、...、k_cIIn-1、k_g2、k_cIV1、k_cIV2、...、k_cIVm-1、k_o4关闭；反之，当k_i1、k_cI1、k_c12、...、k_cIn-1、k_g1、k_cIII1、k_cIII2、...、k_cIIIm-1、k_o3、k_o2、k_bII1、k_bII2、...、k_bII2(n-1)、k_bIV1、k_bIV2、...、k_bIV2(m-1)、k_oi2关闭时，k_o1、k_bI1、k_bI2、...、k_bI2(n-1)、k_bIII1、k_bIII2、...、k_bIII2 _(m-1)、k_oi1、k_i2、k_cII1、k_cII2、...、k_cIIn-1、k_g2、k_cIV1、k_cIV2、...、k_cIVm-1、k_o4导通。

在图4—11中，二极管应选用低正向压降二极管，最好为低正向压降高速二极管。去掉D_z5、D_z6，D_z11、D_z12即可将三相整流电路变为单相整流电路。

在图12中，圆柱形开关滚筒(13)与电动机(12)同轴，且开关滚筒(13)与电动机(12)的转轴牢固连接。输出、并联开关电刷导板(14)与输入开关电刷导板(15)、串联开关电刷导板(16)可设置两组或两组以上。输出、并联开关电刷导板(14)与输入开关电刷导板(15)、串联开关电刷导板(16)交错设置、不在同一直线上。

在图13中，圆柱形开关滚筒(13)与电动机(12)同轴，且开关滚筒(13)与电动机(12)的转轴牢固连接。输出、并联开关电刷导板(17)的突出部分与输入开关、串联开关电刷导板(18)交错设置、不在同一直线上。

Claims

1.一种电容变压器，具有输入开关k_i，输出开关k_o，电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n，串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1，并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)，其特征在于电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n能与输入开关k_i和串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1实现串联，能与输出开关k_o和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)实现并联；或电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n能与输入开关k_i和串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1实现串联，能与并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)实现并联。

2.根据权利要求1所述的电容变压器，其特征在于输入开关k_i，输出开关k_o为触点机械开关，或为继电器及其控制电路，或为各种门电路，或为晶闸管、三极管、场效应管、IGBT管及其控制电路，或为具有开关特性的其它电子元器件及其控制电路，或具有开关特性的各种电路。

3.根据权利要求1所述的电容变压器，其特征在于串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)、电路中的其它开关为触点机械开关，或为二极管，或为各种继电器及其控制电路，或为各种门电路，或为晶闸管、三极管、场效应管、IGBT管及其控制电路，或为光敏电阻，或为具有单向导电性的其它元器件，或为具有开关特性的其它电子元器件及其控制电路，或具有开关特性的各种电路。

4.根据权利要求1所述的电容变压器，其特征在于由电容器C₁、C₂、C₃、...、C_n、串联开关k_c1、k_c2、k_c3、...、k_cn-1和并联开关k_b1、k_b2、k_b3、...、k_b2(n-1)组成的电路设置一组，或并列设置两组或两组以上。

5.根据权利要求1所述的电容变压器，其特征在于在整流电路之后可设有滤波电路，也可不设滤波电路。