CN102881412A - 创能变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。铁芯由主铁芯和附加铁芯组成，铁芯中包含有主磁路(4a)、原边附加磁路(4b)和副边附加磁路(4c)；主磁路比原边附加磁路短，副边附加磁路比主磁路短；原边绕组和副边绕组分别设在不同的铁芯柱上。根据磁力线总是沿磁阻最小路径闭合的原理，副边产生的磁通ф2从副边附加磁路通过，副边产生磁通时，迫使原边磁通ф1从原边附加磁路通过，避免ф2与ф1相互抵消。磁通ф1的变化很小，电流I1也很小，当副边接有负载时，副边输出的功率比原边输入的功率大。

Description

创能变压器

技术领域

本发明涉及能源和电力设备领域，特别是一种创能变压器。

技术背景

变压器是一种利用电磁互感应，变换电压、电流和阻抗的器件。变压器由提供磁通路径的闭合铁芯及绕在铁芯上的两个线圈绕组组成，其中接电源的绕组叫初级绕组，其匝数为N1，另一个绕组接负载，叫做次级绕组，其匝数为N2。初级绕组又叫原边绕组，次级绕组又叫副边绕组。当一个正弦交流电压U1加在原边绕组两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过原边绕组和副边绕组形成闭合的磁路，在副边绕组中感应出互感电势U2，同时ф1也会在原边绕组上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反且幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，原边绕组中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，副边绕组就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。

本发明利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，在主铁芯的基础上，通过增加附加铁芯，增加了副边附加磁路和原边副加磁路，使副边产生的磁通ф2从副边附加磁路通过，副边产生磁通时，迫使原边磁通ф1从原边附加磁路通过，避免ф2与ф1相互抵消。由于磁通ф1只是从主磁路改道至原边附加磁路，磁通ф1的变化很小，电流I1也很小，当副边接有负载时，副边输出的功率比原边输入的功率大得多。

发明内容

本发明是这样实现的：一种创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)，其特征是：铁芯由主铁芯和附加铁芯组成，铁芯中包含有主磁路(4a)、原边附加磁路(4b)和副边附加磁路(4c)；原边绕组和副边绕组分别设在不同的铁芯柱上；主磁路比原边附加磁路短，副边附加磁路比主磁路短。

创能变压器的工作原理：当一个脉冲电压或正弦交流电压U1加在原边绕组两端时，导线中就有交变电流或脉冲电流I1并产生交变磁通或脉冲磁通ф1，它沿着铁芯穿过原边绕组和副边绕组形成闭合的磁路，在副边绕组中感应出互感电势U2，副边绕组产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，由于副边附加磁路比主磁路短，磁通ф2从副边附加磁路通过并形成闭合磁路。由于磁通ф2的方向与磁通ф1的方向相反，迫使磁通ф1改变磁路，即磁通ф1的磁路由原来的主磁路改变为原边附加磁路，并在原边附加磁路形成新的闭合磁路，同时ф1也会在原边绕组上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反且幅度相近，从而限制了I1的大小。由于磁通ф2与磁通ф1在不同的磁路通过，不起互相抵消的作用，ф1从原边附加磁路通过仍可在原边绕组上感应出与所加电压U1方向相反且幅度相近的反电动势，其结果使I1变化很小。虽然磁通ф2会在副边绕组感应出一个自感电势E3，而且E3的方向与E2的方向相反，但是，由于磁通ф2比电流I2滞后90度相位角，电流I2仍可对负载做功。

创能变压器的分类：

按电源相数分为单相创能变压器、三相创能变压器、多相创能变压器。

按冷却方式分为干式创能变压器、油浸创能变压器、氟化物(蒸发冷却)创能变压器。

按防潮方式分为开放式创能变压器、灌封式创能变压器、密封式创能变压器。

按用途分为电源创能变压器、调压创能变压器、音频创能变压器、中频创能变压器、高频创能变压器、脉冲创能变压器、大电流创能变压器、试验创能变压器、电炉创能变压器。

此外创能变压器根据需要还可以做成具有防雷或抗干扰或整流等功能的创能变压器。

油浸式创能变压器一般为大容量变压器，主要包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线)、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)和出线套管。油浸式创能变压器依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

干式创能变压器依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。

音频创能变压器是工作在音频范围的变压器，又称低频创能变压器。工作频率范围一般从10～20000Hz。

脉冲创能变压器其基本原理与一般普通创能变压器相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，脉冲创能变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通创能变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化.脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。脉冲创能变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。脉冲创能变压器广泛用于雷达、变换技术。

高频创能变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源中的拓扑结构有很多，比如半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频创能变压器进行变压，输出交流电，高频创能变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器(待机变压器)，每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准，比如主变压器，只要是200W以上的电源，其磁芯直径(高度)就不得小于35mm。而辅助变压器，在电源功率不超过300W时其磁芯直径达到16mm就够了。

中频创能变压器是超外差式收音机的特有元件。在天线信号和本机振荡信号混频后的中频信号经中频变压器进一步选取信号，然后由下一级进行放大。整个结构装在金属屏蔽罩中，下有引出脚，上有调节孔。磁帽罩在磁芯外面，磁帽上有螺纹，能在尼龙支架上旋转。调节磁帽和磁芯的间隙可以改变线圈电感量。中频变压器一般与电容搭配，组成调谐回路。中频创能变压器分成单调谐和双调谐两种。只有初级线圈和电容组成一个调谐回路的叫单调谐中频创能变压器，如果调谐回路之间用电容或电感耦合的叫双调谐中频创能变压器。一般晶体管收音机有三个单调谐中频创能变压器，三个的位置不可互换。

整流创能变压器是整流设备的电源变压器，整流设备的特点是原边输入交流电，而副边通过整流及滤波元件后输出直流电。

普通变压器的原边绕组和副边绕组可以叠加在一起，也可以设在同一个铁芯柱上，创能变压器的原边绕组和副边绕组必须分别设在不同的铁芯柱上，才能使两者产生的方向相反的磁通不会在同一磁路上相互抵消。

创能变压器使用的铁芯材料为铁氧体或硅钢片或非晶合金。常用的铁芯形状一般有E型、I型、O型和C型铁芯，铁芯的整体造形有ED形、环形和CD形、矩形、三角形等。铁芯叠法：偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路的磁阻，使磁路便于流通。铁芯排列方法：主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻。常用的铁芯采用斜切叠装法，这样磁阻会更小。三相变压器在一个平面内的三个铁心柱，中间一个铁心柱铁轭较短，磁阻更小。铁芯柱的横切面为方铁芯或长方形铁芯或十字形铁芯或无油道多极铁芯或有油道多极铁芯，大型电力创能变压器多采用有油道的多极铁芯。

创能变压器的原边绕组和副边绕组用漆包线或沙包线或丝包线绕制而成。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。

绕制创能变压器时，线圈框架层间的隔离、绕组间的隔离，均要使用绝缘材料。一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕组间可用黄腊布作隔离。变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命。一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。

创能变压器的副边有1个或1个以上的副边绕组，在使用多绕组变压器时，常常需要弄清各绕组引出线的同名端或异名端，才能正确地将线圈并联或串联使用。

调压创能变压器包括升压创能变压器或降压创能变压器或等压创能变压器，当原边绕组的的匝数比副边绕组的匝数多时，为降压创能变压器，当副边一个绕组的匝数比原边绕组的匝数多时，为升压创能变压器，当副边一个绕组的匝数与原边绕组的匝数相同时，为等压创能变压器。等压创能变压器的原边和副边的电压相同，其意义只在于创能。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图

图2为本发明第二实施例结构示意图

图3为本发明第三实施例结构示意图

图4为本发明第四实施例结构示意图

图5为本发明第五实施例结构示意图

图6为本发明第六实施例结构示意图

具体实施方式

下面结合附图及对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，一种单相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。铁芯由4条铁芯柱和2条边铁芯组成，从左侧算起，第二条铁芯柱为原边铁芯柱，原边铁芯柱上绕有原边绕组，第三条为副边铁芯柱，副边铁芯柱上绕有副边绕组，第一条为原边副加铁芯柱，第4条为副边附加铁芯柱。原边铁芯柱、副边铁芯柱及原边铁芯柱与副边铁芯柱之间的边铁芯为主铁芯，原边附加铁芯柱、副边附加铁芯柱、原边附加铁芯柱与原边铁芯柱之间的边铁芯及副边附加铁芯柱与副边铁芯柱之间的边铁芯为附加铁芯，主铁芯与附加铁芯共同组成了变压器铁芯的整体。铁芯中包含有主磁路(4a)、原边附加磁路(4b)和副边附加磁路(4c)；主磁路比原边附加磁路短，副边附加磁路比主磁路短。当一个脉冲电压或正弦交流电压U1加在原边绕组两端时，导线中就有交变电流或脉冲电流I1并产生交变磁通或脉冲磁通ф1，它沿着铁芯穿过原边绕组和副边绕组形成闭合的磁路，在副边绕组中感应出互感电势U2，副边绕组产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，由于副边附加磁路比主磁路短，磁通ф2从副边附加磁路通过并形成闭合磁路。由于磁通ф2的方向与磁通ф1的方向相反，迫使磁通ф1改变磁路，即磁通ф1的磁路由原来的主磁路改变为原边附加磁路，并在原边附加磁路形成新的闭合磁路，同时ф1也会在原边绕组上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反且幅度相近，从而限制了I1的大小。由于磁通ф2与磁通ф1在不同的磁路通过，不起互相抵消的作用，ф1从原边附加磁路通过仍可在原边绕组上感应出与所加电压U1方向相反且幅度相近的反电动势，其结果使I1变化很小。虽然磁通ф2会在副边绕组感应出一个自感电势E3，而且E3的方向与E2的方向相反，但是，由于磁通ф2比电流I2滞后90度相位角，电流I2仍可对负载做功。虚线表示磁路，箭头表示磁通的方向。

第二实施例

参见图2，一种单相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。副边有2个绕组。其余未述部分，同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图3，一种单相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。原边绕组设在C型原边铁芯上，副边绕组设在I型副边铁芯上，附加铁芯为反C型铁芯，铁芯的整体形状为CD形。原边附加磁路和副边附加磁路都从反C型附加铁芯通过，原边铁芯的截面与副边铁芯的截面之和与附加铁芯的截面面积相当，大截面的附加铁芯有利于两个磁通同时通过。其余未述部分，同第一实施例，不再重复。

第四实施例

参见图4，一种3相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。左边算起，第2、第5、第8条铁芯柱为原边铁芯柱，第3、第6、第9条铁芯柱为副边铁芯柱，第1条铁芯柱为左边一相的原边附加铁芯柱。第4条铁芯柱为左边一相的副边附加铁芯柱及中间一相的原边附加铁芯柱，即左边一相的副边附加铁芯与中间一相原边附加铁芯同体。第7条铁芯柱为中间一相的副边附加铁芯柱及右边一相的原边附加铁芯柱，即中间一相的副边附加铁芯与右边一相原边附加铁芯同体。第10条铁芯柱为右边一相的副边附加铁芯柱。铁芯的整体为矩形。其余未述部分，同第一实施例，不再重复。

第五实施例

参见图5，一种3相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。铁芯的整体是环形，在内环和外环边芯之间设有3条原边铁芯柱、3条副边铁芯柱和3条附加铁芯柱。其余未述部分，同第一、第四实施例，不再重复。

第六实施例

参见图6，一种3相创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)。铁芯的整体是立体的三角形，在两个三角形边芯之间设有3条原边铁芯柱、3条副边铁芯柱和3条附加铁芯柱。其余未述部分，同第一、第四实施例，不再重复。

Claims (6)

1.一种创能变压器，主要包括铁芯(1)、原边绕组(2)、副边绕组(3)，其特征是：铁芯由主铁芯和附加铁芯组成，铁芯中包含有主磁路(4a)、原边附加磁路(4b)和副边附加磁路(4c)；原边绕组和副边绕组分别设在不同的铁芯柱上；主磁路比原边附加磁路短，副边附加磁路比主磁路短。

2.根据权利要求1所述一种创能变压器，其特征是：所述创能变压器为单相创能变压器或三相创能变压器或多相创能变压器。

3.根据权利要求2所述一种创能变压器，其特征是：所述创能变压器为干式创能变压器或油浸创能变压器或氟化物创能变压器。

4.根据权利要求2所述一种创能变压器，其特征是：所述创能变压器为开放式创能变压器或灌封式创能变压器或密封式创能变压器。

5.根据权利要求2或3或4所述一种创能变压器，其特征是：所述创能变压器为电源创能变压器或调压创能变压器或音频创能变压器或中频创能变压器或高频创能变压器或脉冲创能变压器或大电流创能变压器或试验创能变压器或电炉创能变压器。

6.根据权利要求1或2所述一种创能变压器，其特征是：创能变压器的副边有1个或1个以上的副边绕组。

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