CN1043820A - 不相同互感系数的互感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电气工程领域。本发明通过一种特定的磁路设计，在存在初级绕组中的电流对次级绕组感应的基础上，使次级绕组中的电流对初级绕组的感应为零。并使任何一个次级绕组中的电流对它以外的次级绕组的感应同初级绕组中的电流对这一次级绕组的感应方向相同，相互迭加。

本发明可以应用于一切需要能源的场所及装置或设备。

Description

本发明涉及电气工程领域，确切地说，在目前与之最相近的产品为：在理论上称之为互感器，在实际应用中称之为变压器或互感器的那一类产品。

目前已知的互感器一般由二个绕组，即初级绕组及次级绕组，和一个由铁磁性物质所制成的铁芯所构成。其工作原理为：将交变电源接到初级绕组上时，在初级绕组中有一交变电流通过，这个交变电流在铁芯中产生一个交变磁通，该交变磁通同时对初级绕组和次级绕组产生感应，在初级绕组中感应出一个电动势，该电动势同交变电源的电压方向相反，以限制初级绕组中电流的大小;在铁芯中的交变磁通对次级绕组产生感应，使次级绕组存在一交变电动势，即初级绕组中的电流对次级绕组存在感应。如将次级绕组构成回路，则由于交变电动势的存在，则在次级绕组中产生一交变电流，根据同样的道理，这个交变电流在初级绕组中产生一交变电动势，这种现象叫次级绕组对初级绕组的互感。同时这个次级绕组对初级绕组的互感电动势同交变电源方向相同，增加交变电源的电压，使交变电源通过初级绕组的电流增加，以形成所谓能量守恒的过程。（参见[日]工学博士，樱井良文编，《现代工程磁学》，机械工业出版社，1982年7月北京第一版，第116页～第117页。）。

本发明的目的是：设计一种特殊结构的磁芯，使初级绕组中的电流对次级绕组的互感存在，但当次级绕组中如有电流通过时，则该电流所产生的磁场，（当其交变频率不是极大时）以相同的磁通量分别以相反的方向，同时穿过初级绕组，这时穿过初级绕组的磁通量的代数和为零，在初级绕组中感应出的电动势为零。当次级绕组有功率输出时，不增加初级绕组的输入功率，以达到无限制地输出能量的目的。

为实现这一目的，将铁芯设计成一定的形状，如附图。附图为本发明示意图。图中1为铁芯，由铁磁性物质所制成，它可以看作为由磁棒ABCD，挖去一个小磁棒abcd所构成，图中2为初级绕组，图中3、及图中4各为一个次级绕组。为了便于说明，用虚线把整个铁芯划为甲、乙、丙、丁四个区域，如附图。

本发明的工作原理为：当在初级绕组的两端加上一交变电源时，则在这初级绕组中有一交变电流通过，这个交变电流在铁芯中产生一变磁场。根据安培环路定律，该交变磁场分别从AB端面进入空间，回到CD端面，进入CD端面，从铁芯甲及铁芯乙中通过，回到AB端面，构成磁回路;或正好相反，从CD端面穿出，进入空间，回到AB端面，进入AB端面，从铁芯甲和铁芯乙中通过，回到CD端面，构成磁回路。

当交变磁场通过铁芯甲时，在绕组3中感应出一个交变电动势。同样，当交变磁场在铁芯乙中通过时，在绕组4中感应出一个交变电动势，所以，初级绕组2中有电流通过时，对次级绕组3和次级绕组4有互感。如把次级绕组3接上负载，构成回路，则由于交变电动势的存在，在绕组3中有一交变电流通过，这一交变电流将在铁芯中产生一交变磁场。根据已知的电磁学原理及实践，该交变磁场被限制在ABCD及abcd所构成的环形闭合铁芯中，而不会穿过铁芯和空间的界面而进入空间。（极少的漏磁除外）这种情况同目前广为应用的互感器实例相似。在交变磁场的频率不是极大的情况下，该磁场同时以相同的磁通量通过铁芯甲和铁芯乙，显然磁场在铁芯甲和铁芯乙中方向相反，所以，在包含铁芯甲和铁芯乙的初级绕组2中，磁通量的变化为零，该磁场在初级绕组2中不感应出电动势。即绕组3中有电流通过时，对绕组2的互感为零。也就是绕组3中的电流变化，对绕组2没有影响。

根据电磁学中的楞次定律，次级绕组3中感应电流所产生的磁场的方向，在铁芯甲中，总是同初级绕组2中通过的电流在铁芯甲中产生的磁场方向相反，显然这两个磁场在铁芯乙中的方向是相同的，即相互迭加的，即次级绕组3中有电流通过时，在次级绕组4中感应出一个电动势，而且这个电动势同初级绕组中的电流对次级绕组4的感应电动势方向相同，相互迭加。

初级绕组2和次级绕组4之间的相互关系，同初级绕组2和次级绕组3之间的相互关系相同;次级绕组4和次级绕组3的相互关系同次级绕组3和次级绕组4的相互关系相同，不再论述。

在存在初级绕组对次级绕组的互感的情况下，如其中一个次级绕组为开路，则另外一个次级绕组由于存在很大的自感，一旦有电流通过时其自感电动势抵消了初级绕组对其的互感电动势，并且由于次级绕组没有对初级绕组的互感，所以初级绕组也不增加对次级绕组的互感，所以其端电压将迅速地下降，以至无法输出功率。

如二个次级绕组均为闭路，则由于任何一个次级绕组对它以外的次级绕组存在着互感，这个互感电动势抵消了一部分或全部次级绕组的自感电动势，使次级绕组的端电压比只有一个次级绕组闭路时的端电压更高，更有利于功率的输出。

本发明同现有的技术相比具有的优点为：可以无限制地输出能量。

附图为本发明的示意图，图中1为铁磁性物质所制成的铁芯，2为初级绕组，3为次级绕组，4为次级绕组。图中铁芯可以看作磁棒ABCD，挖去磁棒abcd所构成，也可以看作为铁芯甲和乙并联后，在两端分别串联上铁芯丙和丁所构成。图中虚线把铁芯划为甲、乙、丙、丁四个区域，是为了叙述和说明的方便。

附图为本发明的展开图，本发明的实际模型为铁芯弯曲成环形，其两个端面相对而立，而且相互平行，但不接触，而是在其中间存在一间隙。

实现本发明的最好方式为：尽可能地增加初级绕组的自感系数，它能在相同条件下，减少初级绕组中损耗的克服电阻所作的功，同时又能增加对次级绕组的互感。具体地应尽可能地减少AB端面和CD端面的间隙，以尽可能地减少磁阻，同时这个间隙又足够大，以致于把次级绕组中电流所产生的磁场限制在甲、丙、乙、丁所串接的磁路内，以防止这个磁场在AB端面和CD端面之间贯通。

Claims (6)

1、在电气领域广为应用的公知的互感器，其初级绕组中的电流所产生的磁场同次级绕组中的电流所产生的磁场具有相同的磁回路。本发明的特征是：初级绕组中的电流所产生的磁场回路同次级绕组中的电流所产生的磁场回路不同，在电流频率不是极大的情况下，次级绕组中的电流所产生的磁场同时以相同的磁通量，以相同的方向穿过初级绕组，使次级绕组中的电流对初级绕组的感应为零。

2、根据权利要求第1项，其特征是：本发明可以应用于需要能源或动力的场所或装置或设备。

3、根据权利要求第1项，其特征是：本发明由一个初级绕组，二个次级绕组，以及一个铁磁性物质所构成的铁芯所构成。

4、根据权利要求第3项，其特征是：铁芯由2段等长的条形铁芯并接，并在每个铁芯上绕有一个次级绕组，然后在这些并排的铁芯的两端各加上一个包含所有这二个铁芯的铁芯所制成。

5、根据权利要求第3项，其特征是：铁芯弯曲成环形，其端面相对而立，但不互相接触，而是保持一个间隙。

6、根据权利要求第1项，其特征是：任何一个次级绕组中的电流所产生的磁场，同初级绕组中的电流所产生的磁场以相同的方向，穿过另外一个次级绕组。