專利名稱：交流斬波變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸配電設(shè)備，特別是一種節(jié)能顯著的，改進(jìn)型變壓器－－交流斬波變壓器。
變壓器具有提供電源，改變電壓，匹配阻抗和隔離供電回路的功能。所以在供電系統(tǒng)中，變壓器是必不可少的輸配電設(shè)備。
但是，現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)變壓器，由于本身結(jié)構(gòu)上的原因，在電路中發(fā)揮功能的同時(shí)，也給電路帶來損耗。這主要是指1.變壓器線圈在電流通過時(shí)，因?qū)Ь€電阻把一部分電能變成熱能，使變壓器溫度升高的損耗－－銅耗；2.變壓器的鐵芯在反復(fù)磁化過程中的磁滯損失和渦流損失；3.變壓器初、次級(jí)線圈感應(yīng)中的磁力線損失－－漏磁損耗；4.在交流電路中，感性大于容性，引起電壓和電流的超前和滯后，造成無功損耗，功率因數(shù)下降。這雖然不是變壓器本身的損耗，但同樣給電網(wǎng)帶來損耗。
要解決上述缺陷，只有提高變壓器的工作頻率，減少線圈的電感量，縮小變壓器尺寸等途徑。
高頻變壓器能部分解決問題，但是，高頻變壓器的次級(jí)輸出也變成了高頻，限制了用途。只適用于對(duì)供電頻率沒有嚴(yán)格要求的負(fù)載，例如電熱器，白熾燈等，但對(duì)按頻率50Hz設(shè)計(jì)的電機(jī)、電容等負(fù)載就不能正常運(yùn)行，甚至造成設(shè)備損壞。
國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的工作頻率是50Hz，不僅發(fā)電設(shè)備和用電負(fù)載都按此頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)和工作，同時(shí)由于輸電線路與大地存在電容，提高輸電頻率將會(huì)造成線路損失，所以整個(gè)電網(wǎng)的頻率不能改變，而我們要提高變壓器的工作頻率，只能是封閉在變壓器的局部才有實(shí)際意義。
本發(fā)明的目的，就是要制造一種改進(jìn)型的有實(shí)際意義的節(jié)能型變壓器－－交流斬波變壓器，將高頻封閉在變壓器的局部，即輸入交流電為50Hz，在變壓器的輸入端配置變頻器，使其變?yōu)楦哳l，使變壓器在高頻下工作，在其輸出端仍恢復(fù)50Hz的特性，使各種用電負(fù)載正常工作。
本發(fā)明的目的是通過如下措施實(shí)現(xiàn)的制造一種屬于輸配電設(shè)備范疇的交流斬波變壓器，外形與現(xiàn)有技術(shù)的變壓器相似，本實(shí)用新型的特征是由斬波調(diào)制部分、高頻變壓部分和低通濾波部分整體構(gòu)成，其中1.1.在外殼1上，連接著兩個(gè)可拆卸的附加盒，1.1.1.附加盒2上引出四根接線柱，其中兩根作為本實(shí)用新型的輸入端，接輸入電源線，另兩根接高頻變壓部分的輸入端，1.1.2.附加盒3上引出四根接線柱，其中兩根接高頻變壓部分的輸出端，另兩根作為本實(shí)用新型的輸出端，接至用電負(fù)
1.2.附加盒2內(nèi)，是由電子元件構(gòu)成的一套或數(shù)套斬波調(diào)制系統(tǒng)，1.3.附加盒3內(nèi)，是由電子元件構(gòu)成的一套或數(shù)套低通濾波系統(tǒng)，1.4.本實(shí)用新型的輸入端和輸出端，都是頻率為50Hz的交流電，1.5.本實(shí)用新型的變壓部分，工作在超過50Hz的頻率狀態(tài)，1.6.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)高頻變壓的方法，是把50Hz的交流電斬波處理成高頻脈沖。
上述的交流斬波變壓器的特征是，該交流斬波變壓器是由斬波調(diào)制部分、高頻變壓部分和低通濾波部分整體構(gòu)成，其中2.1.斬波調(diào)制部分是由整流穩(wěn)壓、高頻振蕩、高頻放大和斬波調(diào)制等系統(tǒng)組成，2.1.1.整流穩(wěn)壓系統(tǒng)中，可采用任何整流穩(wěn)壓電路，以保證供給幾伏～幾十伏的直流電源，供給系統(tǒng)工作所要求的電源，2.1.2.高頻振蕩系統(tǒng)中，可采用任何能夠產(chǎn)生幾KHz～幾十KHz范圍內(nèi)的高頻振蕩電路組成，2.1.3.高頻放大系統(tǒng)中，可采用任何形式的放大電路，使高頻振蕩的信號(hào)放大到可以滿足控制開關(guān)管工作的強(qiáng)度，2.1.4.斬波調(diào)制系統(tǒng)中，是交替工作的兩個(gè)開關(guān)電路，可以采用低頻大功率管，
2.2.高頻變壓部分是由高頻導(dǎo)磁材料的芯柱和纏繞在其上的若干線圈構(gòu)成。
2.3.低通濾波部分是采用LC電路，時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)在濾除高頻部分，使輸出頻率恢復(fù)50Hz。
2.4.輸入端和輸出端都是頻率為50Hz的交流電。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的斬波調(diào)制部分是由整流穩(wěn)壓、高頻振蕩、高頻放大和斬波調(diào)制等系統(tǒng)組成，其中整流穩(wěn)壓電路提供系統(tǒng)所需要的直流電源，使高頻振蕩、高頻放大部分能夠工作，并產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的控制信號(hào)，去控制兩個(gè)斬波調(diào)制開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)把頻率為50Hz的普通交流電變成幾KHz～幾十KHz的高頻脈沖，輸入高頻變壓部分，在高頻下傳輸，變壓部分的次級(jí)，接入低通濾波器后，又恢復(fù)了頻率為50Hz的交流供電。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的整流穩(wěn)壓系統(tǒng)中，整流穩(wěn)壓電路采用電源變壓器降壓，經(jīng)整流器件變成脈動(dòng)直流，再經(jīng)晶體管或集成電路穩(wěn)壓和濾波，使本部分能供給幾伏～幾十伏穩(wěn)定的直流電源，正、負(fù)極接高頻振蕩、高頻放大系統(tǒng)中。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的高頻振蕩系統(tǒng)中，可采用晶體管或集成電路組成振蕩電路，產(chǎn)生幾KHz～幾十KHz的高頻信號(hào)，可以通過手動(dòng)或自動(dòng)控制，調(diào)節(jié)頻率或波形，耦合送入高頻放大部分。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的高頻放大系統(tǒng)中，高頻放大可以采用晶體管或集成電路，可以一級(jí)或多級(jí)放大，使高頻振蕩部分產(chǎn)生的高頻信號(hào)，放大到可以滿足控制開關(guān)管的強(qiáng)度，然后通過推動(dòng)變壓器，輸入開關(guān)電路。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的斬波調(diào)制系統(tǒng)中，是交替工作的兩個(gè)開關(guān)電路，可以采用低頻大功率管，其工作狀態(tài)受高頻放大部分的信號(hào)控制，可以改變工作頻率，可以改變導(dǎo)通時(shí)間，其連接方式是兩個(gè)開關(guān)管的c、e極通過單向?qū)щ姷亩O管分別正向接入交流電的兩極，b接在推動(dòng)變壓器次級(jí)。
上述的交流斬波變壓器，其特征是可以用手動(dòng)或自控調(diào)節(jié)高頻脈沖波形占空比。
上述的交流斬波變壓器，其特征是所述的芯柱可以是鐵淦氧或鈹莫合金等高頻導(dǎo)磁材料。
上述的交流斬波變壓器，其特征是斬波后的高頻交流電的包絡(luò)曲線與電源交流電的頻率完全一致。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的電氣原理示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的各部分波形示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的可調(diào)導(dǎo)通占空比變化示意圖。
圖1中，1是外殼，與現(xiàn)有技術(shù)的變壓器的外殼相同，根據(jù)需要可以有或沒有散熱管；2是一個(gè)附加盒，盒壁上引出四根接線柱，其中，10、11作為本實(shí)用新型的輸入端，接普通的頻率為50Hz的交流電源線，另兩根12、13作為斬波調(diào)制部分的輸出端，與高頻變壓部分的輸入端14、15連接；附加盒2內(nèi)部是由電子元件構(gòu)成的一套或數(shù)套斬波調(diào)制系統(tǒng)，可以根據(jù)需要通過繼電器自動(dòng)切換，以保證該斬波調(diào)制系統(tǒng)工作正常；3是另一個(gè)附加盒，盒壁上引出四根接線柱，其中，18、19是低通濾波(解調(diào)濾波)部分的輸入端，與高頻變壓部分的輸出端16、17連接，接線柱20、21作為本實(shí)用新型的輸出端，接至用電負(fù)載；附加盒3內(nèi)部是由電子元件構(gòu)成的低通濾波(解調(diào)濾波)系統(tǒng)，可以根據(jù)需要通過繼電器自動(dòng)切換，以保證低通濾波(解調(diào)濾波)系統(tǒng)工作正常；這兩個(gè)附加盒與外殼1可以通過緊固件連接在一起，再加上裝置在外殼1內(nèi)部的高頻變壓系統(tǒng)，成為本實(shí)用新型－－交流斬波變壓器的整體。
圖3中，4是交流電源波形圖，5是整流穩(wěn)壓后波形圖，6是高頻振蕩后波形圖，7是高頻放大后波形圖，8是斬波調(diào)制后波形圖，9是低通濾波(解調(diào)濾波)后波形圖。
本實(shí)用新型電氣部分結(jié)構(gòu)和工作原理闡述如下1.電源整流穩(wěn)壓部分－－由B1、D1～D4、BG1～BG3、D7、R1～R7、C1～C4和W1組成。
交流電源220V經(jīng)B1降壓至15V，輸入由D1～D4組成的橋式整流器，整流后的脈動(dòng)直流，經(jīng)C2濾波后，經(jīng)過電源調(diào)整管BG2輸出穩(wěn)定的直流電源。BG3是取樣管，其發(fā)射極由D5穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓，BG2輸出電壓的波動(dòng)，由BG3的基極從W1上取出，進(jìn)行對(duì)比放大后，輸入BG1再次放大，然后輸入BG2基極，控制 BG2的內(nèi)阻隨輸出電壓自動(dòng)變化，使BG2輸出的直流電壓保持穩(wěn)定，供給高頻振蕩、高頻放大部分使用。
2.高頻振蕩部分－－由BG4、R8～R10、C5～C6、L1、W2和W3組成。
L1、C5、C6和R8組成三點(diǎn)式振蕩器，信號(hào)由集電極負(fù)載W3輸出W2可以調(diào)節(jié)振蕩頻率，使之在15K左右，W3可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)強(qiáng)度，以控制斬波導(dǎo)通寬度。
3.高頻放大部分－－由BG5、BG6、B2、B3、C6～C9和R11組成。
信號(hào)由BG5基極從前級(jí)W3輸入，進(jìn)行兩級(jí)放大，通過變壓器耦合，由B3輸出，R11和C7、C9組成∏型濾波器。
4.調(diào)制斬波部分－－由BG7、BG8、D6、D7和B4組成。
BG7和BG8分別與D7、D6連接，并聯(lián)在交流電源兩端。是交替工作的兩個(gè)開關(guān)電路，兩路的輸入控制信號(hào)由前級(jí)B3次級(jí)輸入，電源正半波到來時(shí)，有高頻信號(hào)輸入，BG7導(dǎo)通，無高頻信號(hào)輸入則截止；電源負(fù)半波到來時(shí)，有高頻信號(hào)輸入BG8導(dǎo)通，無高頻信號(hào)輸入則截止。實(shí)現(xiàn)了斬波輸出，兩路輸出的斬波電流，通過高頻變壓器B4傳輸給次級(jí)，至低通濾波部分。
5.低通濾波(解調(diào)濾波)部分－－由L2、C10及感性容性負(fù)載組成。
由高頻變壓器B4傳輸?shù)酱渭?jí)的交流電，是斬波交流電，既含有50Hz包絡(luò)曲線，又有高頻成分，需經(jīng)低通濾波還原，L2、C11濾去15K的高頻成分，50Hz的低頻電源送入用電負(fù)載。所有的感性和容性負(fù)載本身，都能進(jìn)行低通濾波，進(jìn)一步保證了低通濾波的可靠性。
本實(shí)用新型可使用于10KW以下的小功率傳輸變壓器或可調(diào)變壓器及電焊機(jī)。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理就是利用高頻信號(hào)分別去調(diào)制交流電源的各個(gè)半波，一方面可使50Hz的交流電變成了高頻交流電，另一方面又可以使斬波后的高頻交流電的包絡(luò)曲線與電源交流電的頻率，完全一致。變壓器次級(jí)經(jīng)濾波后可以很方便地還原成電源50Hz交流電，并保持原特性不變。
50Hz的交流電經(jīng)斬波后，每個(gè)半波都變成了由許多矩形脈沖組成的集合，雖然高頻輸出不是完整的全波，而是半波輸出。但是，因?yàn)閁＝N·dI／dt，初級(jí)高頻電源變化的速率不但沒有比50Hz降低，反而瞬間變化更快，滿足了次級(jí)感應(yīng)電壓產(chǎn)生的條件，所以，變壓器仍然可以工作，而且是高效的工作。變壓器次級(jí)感應(yīng)電流與初級(jí)保持相同的波形、起始角、和包絡(luò)曲線，經(jīng)過簡(jiǎn)單的低通濾波器還原的50Hz交流電完全恢復(fù)了電源交流電的特性。
目前，本發(fā)明適用于在低壓變壓器380V～220V以下的電壓和20KW以下的小功率變壓器，例如，小型電焊機(jī)，交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器和日光燈鎮(zhèn)流器等中應(yīng)用。節(jié)能效果可以達(dá)到50％以上。
另外，對(duì)于一些目的不在于節(jié)能，而特別需要減少變壓器體積和重量的便攜式儀器設(shè)備或特殊用途(例如，軍事、科研等)，能夠發(fā)揮積極的效果。
需要特別指出的是，交流斬波變壓器具有可以控制脈沖寬度的特點(diǎn)，使它可以很方便的用手動(dòng)或自控調(diào)節(jié)高頻脈沖波形占空比。在工作頻率不變的情況下，改變變壓器的輸出電平，因而使它將具有廣泛的用途。如附圖4所示，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們可以用來做無觸點(diǎn)交流調(diào)壓器，無觸點(diǎn)調(diào)整工作電流的電焊機(jī)，自控交流穩(wěn)壓器等(需增加反饋控制電路)。
本實(shí)用新型達(dá)到了提高變壓器的工作頻率，減少線圈的電感量，縮小變壓器尺寸等目的。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制造了一種改進(jìn)型的有實(shí)際意義的變壓器－－交流斬波變壓器，將高頻封閉在變壓器的局部，即輸入交流電為50Hz，在變壓器的輸入端配置變頻器，使其變?yōu)楦哳l，使變壓器在高頻下工作，在其輸出端仍恢復(fù)50Hz的特性，使各種用電負(fù)載正常工作。
隨著科技發(fā)展，今后將會(huì)出現(xiàn)更多、更好、更大功率的器材，特別是開關(guān)管高壓大電流參數(shù)的提高，將會(huì)使高壓大功率交流斬波變壓器得以實(shí)現(xiàn)，使變壓器的能耗、體積、重量大大減小，由于變壓器的數(shù)量相當(dāng)大，可以有效地提高整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。
〖實(shí)施例〗
按附圖2所示的線路圖，采用如下參數(shù)的元件，可以組裝成一臺(tái)具有良好性能的交流斬波變壓器。其中電阻R1～R11分別為2K、1K、100、120K、560、390、1.2K、27、39K、220和100。
電容C1～C11分別為4700、2200μF25V、100μF25V10μF16V、0.1μF、0.068μF、4700、100μF16V、2000、100μF16V和0.047μF600V。
三極管BG1～BG8分別為3DA87、3DD15A、3DG8、3CG21、3DG12、3DD15D和3DD6100×2。
二極管D1～D7分別為2CZ87×4、2CW5、2CZ100A／400V和2CZ100A／400V。
變壓器B1～B4分別為初級(jí)0.57－600匝、次級(jí)1.56－20匝；初級(jí)0.31－135匝、次級(jí)0.57－55匝；初級(jí)0.81－50匝、次級(jí)1.56－25匝和初級(jí)4.4×8.6－55匝、次級(jí)4.4×8.6－55匝。
電位器W1～W3分別為470、10K和510。
線圈L1～L2分別為磁芯0.12－1～2230匝、2～3525匝和空心線圈4.8×8.6－50匝。
權(quán)利要求1.一種屬于輸配電設(shè)備范疇的交流斬波變壓器，外形與現(xiàn)有技術(shù)的變壓器相似，本實(shí)用新型的特征是由斬波調(diào)制部分，高頻變壓部分和低通濾波部分整體構(gòu)成，其中1.1.在外殼1上，連接著兩個(gè)可拆卸的附加盒，1.1.1.附加盒2上引出四根接線柱，其中兩根作為本實(shí)用新型的輸入端，接輸入電源線，另兩根接高頻變壓部分的輸入端，1.1.2.附加盒3上引出四根接線柱，其中兩根接高頻變壓部分的輸出端，另兩根作為本實(shí)用新型的輸出端，接至用電負(fù)載，1.2.附加盒2內(nèi)，是由電子元件構(gòu)成的一套或數(shù)套斬波調(diào)制系統(tǒng)，1.3.附加盒3內(nèi)，是由電子元件構(gòu)成的一套或數(shù)套低通濾波系統(tǒng)，1.4.本實(shí)用新型的輸入端和輸出端，都是頻率為50Hz的交流電，1.5.本實(shí)用新型的變壓部分，工作在超過50Hz的頻率狀態(tài)，1.6.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)高頻變壓的方法，是把50Hz的交流電斬波處理成高頻脈沖。
2.按照權(quán)利要求1所述的交流斬波變壓器，其特征是，該交流斬波變壓器是由斬波調(diào)制部分、高頻變壓部分和低通濾波部分整體構(gòu)成，其中2.1.斬波調(diào)制部分是由整流穩(wěn)壓、高頻振蕩、高頻放大和斬波調(diào)制等系統(tǒng)組成，2.1.1.整流穩(wěn)壓系統(tǒng)中，可采用任何整流穩(wěn)壓電路，以保證供給幾伏～幾十伏的直流電源，供給系統(tǒng)工作所要求的電源，2.1.2.高頻振蕩系統(tǒng)中，可采用任何能夠產(chǎn)生幾KHz～幾十KHz范圍內(nèi)的高頻振蕩電路組成，2.1.3.高頻放大系統(tǒng)中，可采用任何形式的放大電路，使高頻振蕩的信號(hào)放大到可以滿足控制開關(guān)管工作的強(qiáng)度，2.1.4.斬波調(diào)制系統(tǒng)中，是交替工作的兩個(gè)開關(guān)電路，可以采用低頻大功率管，2.2.高頻變壓部分是由高頻導(dǎo)磁材料的芯柱和纏繞在其上的若干線圈構(gòu)成。2.3.低通濾波部分是采用LC電路，時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)在濾除高頻部分，使輸出頻率恢復(fù)50Hz。2.4.輸入端和輸出端都是頻率為50Hz的交流電。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的斬波調(diào)制部分是由整流穩(wěn)壓、高頻振蕩、高頻放大和斬波調(diào)制等系統(tǒng)組成，其中整流穩(wěn)壓電路提供系統(tǒng)所需要的直流電源，使高頻振蕩、高頻放大部分能夠工作，并產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的控制信號(hào)，去控制兩個(gè)斬波調(diào)制開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)把頻率為50Hz的普通交流電變成幾KHz～幾＋KHz的高頻脈沖，輸入高頻變壓部分，在高頻下傳輸，變壓部分的次級(jí)，接入低通濾波器后，又恢復(fù)了頻率為50Hz的交流供電。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的整流穩(wěn)壓系統(tǒng)中，整流穩(wěn)壓電路采用電源變壓器降壓，經(jīng)整流器件變成脈動(dòng)直流，再經(jīng)晶體管或集成電路穩(wěn)壓和濾波，使本部分能供給幾伏～幾十伏穩(wěn)定的直流電源，正、負(fù)極接高頻振蕩、高頻放大系統(tǒng)中。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的高頻振蕩系統(tǒng)中，可采用晶體管或集成電路組成振蕩電路，產(chǎn)生幾KHz～幾十KHz的高頻信號(hào)，可以通過手動(dòng)或自動(dòng)控制，調(diào)節(jié)頻率或波形，耦合送入高頻放大部分。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的高頻放大系統(tǒng)中，高頻放大可以采用晶體管或集成電路，可以一級(jí)或多級(jí)放大，使高頻振蕩部分產(chǎn)生的高頻信號(hào)，放大到可以滿足控制開關(guān)管的強(qiáng)度，然后通過推動(dòng)變壓器，輸入開關(guān)電路。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的斬波調(diào)制系統(tǒng)中，是交替工作的兩個(gè)開關(guān)電路，可以采用低頻大功率管，其工作狀態(tài)受高頻放大部分的信號(hào)控制，可以改變工作頻率，可以改變導(dǎo)通時(shí)間，其連接方式是兩個(gè)開關(guān)管的c、e極通過單向?qū)щ姷亩O管分別正向接入交流電的兩極，b接在推動(dòng)變壓器次級(jí)。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是可以用手動(dòng)或自控調(diào)節(jié)高頻脈沖波形占空比。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是所述的芯柱可以是鐵淦氧或鈹莫合金等高頻導(dǎo)磁材料。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的交流斬波變壓器，其特征是斬波后的高頻交流電的包絡(luò)曲線與電源交流電的頻率完全一致。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種屬于輸配電范疇的交流斬波變壓器，由斬波調(diào)制、高頻變壓和低通濾波部分整體構(gòu)成。通過把50Hz的交流電斬波處理成高頻脈沖，變壓部分工作在超過50Hz頻率的狀態(tài)，而整機(jī)的輸入和輸出都是頻率為50Hz的交流電?？朔爽F(xiàn)有變壓器的不足，提高了變壓器的工作頻率、縮小了其尺寸和節(jié)約了其制造時(shí)的材料消耗。達(dá)到顯著節(jié)能、節(jié)材和能在現(xiàn)有電網(wǎng)中使用的目的。
文檔編號(hào)H02M5/10GK2049818SQ89205690
公開日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月31日
發(fā)明者延祥云 申請(qǐng)人:淄博科技器材大樓