專利名稱：利用阻頻關(guān)系測量鐵芯參數(shù)及設(shè)計變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電學(xué)技術(shù)背景現(xiàn)有的變壓器設(shè)計方法依據(jù)的是傳統(tǒng)的電磁場理論，用磁場強(qiáng)度做為鐵芯參數(shù)，用線圈總匝數(shù)做為線圈參數(shù)，用鐵芯參數(shù)、線圈參數(shù)與電壓形成計算公式，但是，現(xiàn)有變壓器的設(shè)計方法計算精度低，設(shè)計變壓器主要依靠實驗進(jìn)行，靠實驗進(jìn)行的產(chǎn)品設(shè)計不僅設(shè)計周期長成本高，而且設(shè)計水平主要靠技術(shù)經(jīng)驗的積累，靠技術(shù)經(jīng)驗積累進(jìn)行的產(chǎn)品設(shè)計難以使產(chǎn)品設(shè)計的參數(shù)達(dá)到最佳。
有關(guān)現(xiàn)有變壓器技術(shù)的參考文獻(xiàn)有《電子變壓器手冊》，《電力變壓器手冊》。變壓器設(shè)計手冊是現(xiàn)有變壓器設(shè)計技術(shù)的權(quán)威工具書。
本發(fā)明方法與傳統(tǒng)變壓器設(shè)計方法的區(qū)別是本方法不再采用傳統(tǒng)的電磁場理論，把變壓器所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換定義為線圈與鐵芯之間電荷能量的轉(zhuǎn)換，電荷能量的轉(zhuǎn)換定義為符合歐姆定律的電學(xué)現(xiàn)象。本發(fā)明中，把鐵芯參數(shù)定義為五個參數(shù)，把線圈參數(shù)定義為三個參數(shù)，把同向繞制的線圈與反向繞制的線圈用一個函數(shù)區(qū)分成兩個不同的系數(shù)，把鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)系起來形成電阻與頻率的阻頻關(guān)系，用阻頻關(guān)系表達(dá)的能量轉(zhuǎn)換電阻符合歐姆定律，用歐姆定律中的電壓、電流、電阻的關(guān)系表達(dá)能量轉(zhuǎn)換的功率。依據(jù)歐姆定律所表達(dá)的能量轉(zhuǎn)換的功率關(guān)系對變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。
與本發(fā)明相關(guān)的參考文獻(xiàn)有《減小變壓器損耗及體積的設(shè)計制造方法》，專利申請?zhí)?003101166612技術(shù)先進(jìn)性本方法與傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計方法相比其技術(shù)先進(jìn)性為本發(fā)明中定義的五個鐵芯參數(shù)能夠用物理實驗的方法準(zhǔn)確地測量出來，鐵芯的材料相同、物理形狀、物理尺寸相同時鐵芯的五個參數(shù)相同。由鐵芯參數(shù)、線圈參數(shù)及電參數(shù)建立起的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系符合歐姆定律。依據(jù)空載與負(fù)載時的阻頻關(guān)系，能夠用數(shù)學(xué)方法直接進(jìn)行高精度的變壓器參數(shù)設(shè)計，利用計算機(jī)可以在很短的時間內(nèi)設(shè)計出成千上萬種方案并優(yōu)選出最佳方案，免去傳統(tǒng)變壓器設(shè)計時所必需進(jìn)行的大量實驗，超越了現(xiàn)有變壓器設(shè)計技術(shù)中技術(shù)經(jīng)驗積累的最高水平。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是定義鐵芯的多個參數(shù)，建立測量鐵芯參數(shù)的方法與參數(shù)計算方法，建立鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)共同表達(dá)的符合歐姆定律的能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系，再以阻頻關(guān)系建立起變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法。
技術(shù)方案本發(fā)明方法不再用磁場理論來設(shè)計變壓器，其特征是把變壓器所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換定義為線圈與鐵芯之間電荷能量的轉(zhuǎn)換，把線圈與鐵芯之間進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換用能量轉(zhuǎn)換電阻來表達(dá)，用Rk、A、B、K、N0五個參數(shù)做為鐵芯參數(shù)，用N、S、M三個參數(shù)做為線圈參數(shù)，對同向繞制的線圈與反向繞制的線圈用函數(shù)F(α)區(qū)分成兩個不同的系數(shù)，用空載時主線圈并聯(lián)電容器形成的LC并聯(lián)關(guān)系做為基本模型，把鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)系起來，形成空載時的能量轉(zhuǎn)換電阻與工作頻率的阻頻關(guān)系，空載時的阻頻關(guān)系為4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，不能形成LC并聯(lián)關(guān)系的交流變壓器空載時的阻頻關(guān)系為Rk/R0×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系所表達(dá)的能量轉(zhuǎn)換電阻符合歐姆定律，根據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系可以測量并計算鐵芯參數(shù)，根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系可以計算出副線圈的最小輸出電阻，根據(jù)空載時阻頻關(guān)系可以計算出空載頻率時的能量轉(zhuǎn)換電阻，能量轉(zhuǎn)換電阻與能量交換電流及電壓符合歐姆定律。用負(fù)載時的阻頻關(guān)系建立起與空載時的阻頻關(guān)系兩者之間的聯(lián)系，并聯(lián)電容器的變壓器在負(fù)載時的阻頻關(guān)系有全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系。交流變壓器負(fù)載時有一個阻頻關(guān)系。依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系設(shè)計LC并聯(lián)關(guān)系變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)，設(shè)計過程是把變壓器額定功率的頻率點(diǎn)定為固定不變的頻率點(diǎn)，空載頻率點(diǎn)與最大負(fù)載頻率點(diǎn)都偏離固定率頻率點(diǎn)，依據(jù)能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻選擇頻率點(diǎn)，或依據(jù)頻率點(diǎn)選擇能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻，由能量轉(zhuǎn)換電阻與等效電阻對鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計；按固定頻率點(diǎn)設(shè)計的LC關(guān)系變壓器通過電路可以實現(xiàn)隨動頻率工作；依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系可以對交流變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計；依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系可以對電子變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。
為了說明書更便于理解，技術(shù)方案分成發(fā)明原理與設(shè)計方法兩個部分編寫。
發(fā)明原理一、定義能量轉(zhuǎn)換阻抗由線圈與鐵芯組成的能量轉(zhuǎn)換器件，在線圈端口并聯(lián)電容器就形成LC并聯(lián)關(guān)系。在主線圈端口施加間斷電壓，就能形成一個振蕩電壓，振蕩電壓在某一個頻率點(diǎn)能夠形成最大的電壓諧振點(diǎn)，諧振點(diǎn)的電阻即為能量轉(zhuǎn)換電阻。
(一)LC并聯(lián)關(guān)系中電容器與鐵芯相互進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的過程(1)啟動加速。
當(dāng)間斷電壓施加在主線圈端口時，電流通過主線圈，通過主線圈的電流對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，加速的過程是能量由線圈轉(zhuǎn)換到鐵芯內(nèi)的過程，設(shè)此時線圈內(nèi)的加速電壓為正向電壓，鐵芯內(nèi)被加速的電荷的運(yùn)動方向為A方向。只有線圈向鐵芯內(nèi)轉(zhuǎn)換的能量超過鐵芯內(nèi)能容納能量的極限值時才無法再對鐵芯內(nèi)的能量加速。當(dāng)鐵芯內(nèi)的加速電荷能量沒有達(dá)到極限值時斷掉間斷電壓停止對鐵芯內(nèi)的電荷加速，而電容器內(nèi)的能量繼續(xù)通過線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，直到主線圈端口的正向電壓為零時停止對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速。
(2)鐵芯內(nèi)按A方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷進(jìn)行加速。
當(dāng)電容器內(nèi)的正向電壓為零時，鐵芯內(nèi)按A方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，線圈內(nèi)被加速的電荷能量轉(zhuǎn)移到電容器內(nèi)存貯起來形成與正向電壓方向相反的反向電容電壓，直到鐵芯內(nèi)按A方向運(yùn)動的電荷能量為零時停止對線圈內(nèi)的電荷加速，此時電容器內(nèi)反向電壓的幅值為最大。
(3)電容器內(nèi)的反向電壓對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷進(jìn)行加速。
當(dāng)鐵芯內(nèi)的電荷沒有能量時，電容器內(nèi)的反向電壓又通過線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，鐵芯內(nèi)被加速的電荷運(yùn)動方向與A方向相反，設(shè)鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷的運(yùn)動方向為B方向，則加速過程直至電容器內(nèi)的反向電壓為零時停止對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速。
(4)鐵芯內(nèi)按B方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的電荷進(jìn)行加速。
當(dāng)電容器的反向電壓為零時，鐵芯內(nèi)按B方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，線圈內(nèi)被加速的電荷能量轉(zhuǎn)移到電容器內(nèi)存貯起來形成正向電壓，直到鐵芯內(nèi)按B方向運(yùn)動的電荷能量為零時停止對線圈內(nèi)的電荷加速，此時電容器內(nèi)正向電壓的幅值為最大。在這個過程中可以向主線圈端口施加外加電壓補(bǔ)充能量。
(5)電容器的正向電壓對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速。
當(dāng)鐵芯內(nèi)按B方向運(yùn)動的電荷能量為零時，電容器的正向電壓對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，加速方向為A，鐵芯內(nèi)電荷的運(yùn)動方向為A，直到電容器的正向電壓為零時停止對鐵芯內(nèi)按A方向運(yùn)動的電荷加速。
(6)LC并聯(lián)關(guān)系中，電容器內(nèi)的能量通過線圈向鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷對線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速，反復(fù)重復(fù)著上述(2)、(3)、(4)、(5)所描述的過程，這樣的反復(fù)循環(huán)就形成了LC振蕩電壓。
上述四個能量轉(zhuǎn)換過程形成了一個工作周期，每兩個能量轉(zhuǎn)換過程形成半個工作周期。鐵芯內(nèi)按A方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷進(jìn)行加速與電容器內(nèi)的反向電壓對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷進(jìn)行加速的兩個過程為一個波形的負(fù)半周，鐵芯內(nèi)按B方向運(yùn)動的電荷對線圈內(nèi)的電荷進(jìn)行加速與電容器的正向電壓對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速的兩個過程為一個波形的正半周。
上述一個工作周期的四個能量轉(zhuǎn)換過程有兩個假設(shè)條件。假設(shè)條件一是鐵芯及電容器自身沒有能量損耗，因而鐵芯與線圈組成的變壓器不能有能量輸出。假設(shè)條件二是電容器通過線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷加速的能量與加速的時間等于鐵芯對線圈內(nèi)運(yùn)動電荷加速的能量與加速的時間。
(二)定義能量轉(zhuǎn)換阻抗在空載時，每半個工作周期有兩個能量轉(zhuǎn)換過程，兩個能量轉(zhuǎn)換過程中有兩個能量轉(zhuǎn)換電阻，兩個能量轉(zhuǎn)換電阻可以不相等，當(dāng)兩個能量轉(zhuǎn)換電阻全部為最小值且相等時，定義為線圈與鐵芯的能量轉(zhuǎn)換電阻。由于能量轉(zhuǎn)換電阻為最小時轉(zhuǎn)換的能量為最大，故由能量轉(zhuǎn)換電阻形成的能量轉(zhuǎn)換電壓為最大。由于鐵芯與線圈在進(jìn)行一個能量轉(zhuǎn)換過程時用的是能量表達(dá)，單位時間的能量就是功率，因而可以用歐姆定律表達(dá)它的電壓、電流、電阻的關(guān)系，用歐姆定律表達(dá)時必須涉及工作頻率，因此，變壓器中鐵芯與線圈的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系就是一個阻頻關(guān)系。
在變壓器的能量轉(zhuǎn)換過程中，負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系數(shù)學(xué)相關(guān)，空載時的阻頻關(guān)系是變壓器的基本阻頻關(guān)系。
能量轉(zhuǎn)換電阻的定義在LC并聯(lián)關(guān)系的變壓器空載工作時，每半個工作周期內(nèi)電容器與鐵芯通過主線圈相互進(jìn)行一次能量轉(zhuǎn)換，電容器能量通過主線圈轉(zhuǎn)換成鐵芯能量與鐵芯能量通過主線圈轉(zhuǎn)換成電容器能量是兩個能量轉(zhuǎn)換過程，兩個能量轉(zhuǎn)換過程有兩個能量轉(zhuǎn)換電阻，兩個能量轉(zhuǎn)換電阻全部為最小值且相等時為鐵芯與線圈進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的電阻，能量轉(zhuǎn)換電阻為定值的條件是與頻率相關(guān)，為定值的能量轉(zhuǎn)換電阻符合歐姆定律。
設(shè)當(dāng)線圈中的能量向鐵芯轉(zhuǎn)換時，通過線圈的電流為I，形成的電壓為U，能量轉(zhuǎn)換的電阻為R0，由歐姆定律知U＝I×R0同理，當(dāng)鐵芯中的能量向線圈轉(zhuǎn)換時，在線圈上形成的電壓為U，轉(zhuǎn)換阻抗為R，則線圈中的電流為I，有U＝I×R0二、能量轉(zhuǎn)換過程中的電流關(guān)系LC并聯(lián)關(guān)系中的電容器與鐵芯每進(jìn)行一個能量轉(zhuǎn)換周期要經(jīng)過四個能量轉(zhuǎn)換過程，每一個能量轉(zhuǎn)換過程等于一個振蕩電壓周期的四分之一周期。
設(shè)電容器的容量值為C，加速的電荷量為Q，振蕩電壓的峰值為U，有Q＝C×UQ/dt＝C×U/dtI＝C×U/dt當(dāng)dt＝1/4×T，T＝1/f時，有I＝4×C×U×f...............(1)上式中的電流為LC并聯(lián)關(guān)系中電容器與鐵芯之間相互進(jìn)行能量交換的電流。
三、LC并聯(lián)關(guān)系中能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系(一)任何一個鐵芯都能用多個參數(shù)定義，當(dāng)鐵芯的物理性質(zhì)、物理形狀、物理尺寸確定后，定義的鐵芯參數(shù)是不變參數(shù)。因此，不同的鐵芯，當(dāng)鐵芯的材料性質(zhì)、物理形狀、物理尺寸相同時，鐵芯的參數(shù)相同；當(dāng)鐵芯的材料性質(zhì)、物理形狀、物理尺寸不相同時，鐵芯參數(shù)的不相同。
鐵芯參數(shù)的定義Rk、A、B、K、N0為鐵芯的五個參數(shù)。其中，Rk為單匝線圈能量轉(zhuǎn)換的電阻系數(shù)，A表達(dá)能量轉(zhuǎn)換時的強(qiáng)度，B表達(dá)電容量(或電流)在數(shù)學(xué)關(guān)系中的比例，K表達(dá)A、B參數(shù)形成的曲線位置，N0表達(dá)每層線圈的匝數(shù)系數(shù)。
(二)每層線圈的匝數(shù)、線圈的層數(shù)、并聯(lián)線圈的數(shù)量為線圈的三個參數(shù)，由三個線圈參數(shù)與鐵芯參數(shù)共同組成能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系。
線圈參數(shù)定義N、S、M為線圈的三個參數(shù)，其中，N為每層線圈的等效匝數(shù)，S為線圈層數(shù)，M為并聯(lián)線圈的數(shù)量。
(三)能量轉(zhuǎn)換電阻的數(shù)學(xué)關(guān)系LC并聯(lián)關(guān)系中的能量轉(zhuǎn)換電阻與鐵芯參數(shù)相關(guān)，與線圈參數(shù)相關(guān)。設(shè)R0為能量轉(zhuǎn)換的總電阻，其函數(shù)關(guān)系為R0＝F(K，A，B，C，Rk，N0，N，S，M)...............(2)把R0表達(dá)為Rk與函數(shù)F(K，A，B，C)及函數(shù)(N，S，M，N0)的乘積，有R0＝Rk×F(K，A，B，C)×F(N，S，M，N0)
...............(3)由(1)式知4×C×f＝1/R0有4×C×f×Rk×F(K，A，B，C)×F(N，S，M，N0)＝1...............(4)四鐵芯參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系F(K，A，B，C)實驗公式為F(K，A，B，C)＝K+A×Cos(B×C)...............(5)(5)式代入(4)式，有4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×F(N，S，M，N0)＝1...............(6)(5)式代入(3)式得R0＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×F(N，S，M，N0)...............(7)五線圈參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系F(N，S，M，N0)與線圈的繞制方式及并聯(lián)線圈的數(shù)量、層數(shù)相關(guān)，不同的繞制方式有不同的數(shù)學(xué)表達(dá)。
(一)單層線圈單層線圈的實驗公式為F(N，S，M，N0)＝N±M1/M×(N/N0)1.5×M...............(8)(8)式代入(6)，有4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(N/N0)1.5×M]＝1...............(9)(9)式中，當(dāng)N＞N0時取正號，有4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N+M1/M×(N/N0)1.5×M]＝1...............(10)(9)式中，當(dāng)N≤N0時取負(fù)號，有4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N-M1/M×(N/N0)1.5×M]＝1...............(11)(2)多層同向繞制線圈相鄰層的線圈繞制方向相同時為同向繞制線圈。例如第一層線圈的起點(diǎn)為a終點(diǎn)為b，從b點(diǎn)以最短路徑折到a點(diǎn)，第二層線圈的起點(diǎn)仍為a，終點(diǎn)仍為b，依次類推，每一層線圈的起點(diǎn)均為a，終點(diǎn)均為b，每一層線圈的起點(diǎn)與終點(diǎn)都相同。在多層線圈同向繞制時，不同線圈層內(nèi)的線圈在鐵芯表面上的投影方向相同。
當(dāng)線圈有S層時，每層線圈的匝數(shù)分別為N1，N2，N3...Ni...Ns，每層線圈的等效匝數(shù)為N，實驗公式為
N＝(N1×N2×N3×...Ni...×Ns)1/sF(N，S，M，N0)＝[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S...............(12)(12)式代入(6)，有N＝(N1×N2×N3×...Ni...×Ns)1/s4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S＝1...............(13)(3)多層反向繞制線圈相鄰層的線圈繞制方向相反時為反向繞制線圈。例如第一層線圈的起點(diǎn)為a終點(diǎn)為b，第二層線圈的起點(diǎn)為b終點(diǎn)為a，第三層的起點(diǎn)為a終點(diǎn)為b，依次類推，兩個相鄰層線圈上一層線圈的終點(diǎn)為下一層線圈的起點(diǎn)。
多層線圈反向繞制與同向繞制的差別在于，同向繞制時層與層之間線圈的走向相同，反向繞制時層與層之間線圈走向有一個夾角。由于線圈反向繞制時層與層之間線圈走向有夾角，故相鄰層線圈在鐵芯表面上的投影角走向有夾角，相鄰層線圈對鐵芯內(nèi)運(yùn)動電荷的加速方向不相同，鐵芯內(nèi)被加速電荷的運(yùn)動方向是所有線圈層加速方向的合方向，顯然，線圈層與層之間投影到鐵芯表面上的走向夾角影響著鐵芯與線圈間的能量轉(zhuǎn)換電阻，而投影角由線圈直徑與線圈數(shù)量決定。
設(shè)線圈層的寬度為L1，每匝線圈投影到鐵芯表面上的長度為L2，其實驗公式為F(α)＝1/[1-N1/2÷M×L1/N/L2]＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]...............(14)4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]＝1...............(15)六空載時阻頻關(guān)系的通用公式4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1...............(16)(16)式代入(3)式，得R0＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)...............(17)阻頻通用公式中參數(shù)的范圍及條件(1)在通用公式中，當(dāng)線圈為同向繞制時F(α)＝1，當(dāng)線圈為反向繞制時F(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)](2)當(dāng)N＞N0時式中的±符號取正號，當(dāng)N≤N0時式中的±符號取負(fù)號。
(3)線圈中的并聯(lián)僅指在同一層線圈中導(dǎo)線的并聯(lián)，即當(dāng)線圈為單層時，有M根導(dǎo)線并聯(lián)繞制；當(dāng)線圈有S層時，每一層中均有M根導(dǎo)線并聯(lián)；只有導(dǎo)線在層內(nèi)并聯(lián)才適用上述公式中的并聯(lián)情況。如果進(jìn)行層與層并聯(lián)將不產(chǎn)生并聯(lián)效果，因而也就不能按并聯(lián)計算，例如，第一層用一根導(dǎo)線繞制N匝，第二層、第三層直至第S層均與第一層進(jìn)行相同的繞制時，M層并聯(lián)的效果與一層線圈的效果相同，只能按單層線圈非并聯(lián)計算，并且，當(dāng)相同的S層線圈進(jìn)行層并聯(lián)時，任意層間并聯(lián)的效果與任意一層的效果相同。
(4)當(dāng)用M根導(dǎo)線并聯(lián)繞制線圈時，外加電壓連接到主線圈端口時，按并聯(lián)方式全部連接與連接其中的一部分導(dǎo)線其效果相同。例如，用三根導(dǎo)線按并聯(lián)方式繞制的線圈，全部連接三根導(dǎo)線與連接其中的一根導(dǎo)線或二根導(dǎo)線的效果相同。
(5)在副線圈沒有功率輸出時為空載，空載時副線圈的數(shù)量與副線圈的匝數(shù)對主線圈參數(shù)計算不產(chǎn)生影響。
(6)B×C是角度值，B×C的范圍為π/4＜B×C＜π，超出范圍不能用上述通用公式計算。
B×C應(yīng)該在π/4到π之間并且要接近于π。當(dāng)B×C大于π時，工作狀態(tài)為飽和狀態(tài)，除了特種變壓器需要使用飽和狀態(tài)外，一般的變壓器不應(yīng)使用飽和狀態(tài)工作。當(dāng)B×C小于π/4時，鐵芯與線圈的利用效率低。
(7)B×C＜π/4時可以進(jìn)行計算補(bǔ)正。K+A×Cos(B×C)是余弦曲線，余弦曲線在45°時有一個拐點(diǎn)并且切線值發(fā)生了變化，當(dāng)B×C小于45°時，要通過實驗曲線予以補(bǔ)正。
進(jìn)行補(bǔ)正的方法。以A×Ctg(B×C)代替A×Cos(B×C)，以直線y(x)對A×Ctg(B×C)進(jìn)行曲線平移，公式為F(K，A，B，C)＝K+y(x)+A×Ctg(B×C)y(x)中在以B×C為X軸，以修正值y(x)為Y軸的平面坐標(biāo)系中。y(x)通過實驗的方法可以確定。
(8)當(dāng)B×C＞π時F(K，A，B，C)是一條漸近線，每種鐵芯材料的物理形狀確定后其漸近線是唯一的，可以通過實驗的方法確定一條直線近似代替漸近線計算F(C)的值。
七LC并聯(lián)關(guān)系空載時的實驗及附表說明實驗方法副線圈沒有負(fù)載，用變壓器的主線圈與電容并聯(lián)，用信號源向主線圈施加矩形波，用示波器測量，取電壓幅度最大時的點(diǎn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率值f與電容值C，其中，只要信號源的驅(qū)動能力滿足振蕩的要求，信號源施加的矩形波幅值大小對實驗結(jié)果沒有影響。如果信號源的驅(qū)動能力不能滿足振蕩的要求，應(yīng)采用開關(guān)管對矩形波進(jìn)行功率放大。
在利用阻頻關(guān)系測量鐵芯參數(shù)時，向主線圈施加的間斷電壓必須是矩形波電壓，并定義矩形波為測量鐵芯參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)波形。
數(shù)學(xué)解算方法對同一種鐵芯材料，K、A、B為常數(shù)值。當(dāng)鐵芯的形狀與物理尺寸不變時，Rk、N0的值也是常數(shù)值。數(shù)學(xué)解算是解算上述五個常數(shù)值。
由(6)式知，4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×F(N，S，M，N0)＝1，當(dāng)同一個鐵芯的線圈參數(shù)不變時，改變電容值后頻率值就要發(fā)生變化，而F(N，S，M，N0)卻不會發(fā)生變化，有C1/C2×f1/f2×[K+A×Cos(B×C1)]/[K+A×Cos(B×C2)]＝1C1/C3×f1/f3×[K+A×Cos(B×C1)]/[K+A×Cos(B×C3)]＝1C2/C3×f2/f3×[K+A×Cos(B×C2)]/[K+A×Cos(B×C3)]＝1令a11＝C1/C2×f1/f2×[K+A×Cos(B×C1)]/[K+A×Cos(B×C2)]a13＝C1/C3×f1/f3×[K+A×Cos(B×C1)]/[K+A×Cos(B×C3)]a23＝C2/C3×f2/f3×[K+A×Cos(B×C2)]/[K+A×Cos(B×C3)]通過求解a112+a132+a232的最小值可以得到K、A、B的數(shù)學(xué)解。當(dāng)K、A、B求出后，N0、Rk就能直接解算出來。
實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果用表格的形式列出，數(shù)據(jù)表中，M為線圈的并聯(lián)導(dǎo)線的數(shù)量，N為單層等效線圈數(shù)量，S為線圈層數(shù)，D為導(dǎo)線直徑，C為電容器的容量值，f為測量頻率，Rk為計算結(jié)果數(shù)據(jù)。
(一)鐵芯為鐵氧體材料，鐵芯形狀為環(huán)形，環(huán)形外徑Φ＝43mm。
表一中，實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果K＝1 A＝0.340857 B＝10.22761×106N0＝27.6第1項到第63項，Rk的平均值為Rk＝7.763274，Rk的中誤差相對值為MM/Rk＝7.3/1000第64項65項中B×C的值小于π/4，需要通過實驗曲線予以補(bǔ)正。
附表一



(二)鐵芯為鐵氧體材料，形狀為罐形，磁罐外徑Φ＝43mm。線圈為多層同向繞制表二中，實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果K＝1 A＝0.356 B＝10.22761×106N0＝17Rk的平均值Rk＝9.762154 Rk的相對中誤差M/Rk＝3.33/1000附表二


(三)鐵芯為鐵氧體材料，形狀為罐形，磁罐外徑Φ＝43mm，線圈為多層反向繞制表三中，實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果K＝1 A＝0.356 B＝10.22761×106N0＝17 L1＝13.8mm L2＝54.97787mmRk的平均值Rk＝9.848085 Rk的相對中誤差M/Rk＝5.15/1000附表三


八副線圈的最小輸出電阻與負(fù)載電阻在主線圈上的等效電阻(一)副線圈最小輸出電阻的計算公式副線圈最小輸出電阻的計算公式與主線圈能量轉(zhuǎn)換電阻的計算公式相同，按照公式(17)進(jìn)行計算。設(shè)，副線圈最小電阻為R2，有R2＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)..............(18)公式(18)中，當(dāng)副線圈為同向繞制時，F(xiàn)(α)＝1，當(dāng)副線圈為反向繞制時，F(xiàn)(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]，B×C由主線圈決定。L1為副線圈層的寬度，L2為副線圈每匝線圈投影到鐵芯表面上的長度。在一個鐵芯上，主線圈與副線圈的L1及L2可以不相同。
(二)副線圈的最小輸出電阻與負(fù)載電阻的關(guān)系當(dāng)副線圈有負(fù)載時，負(fù)載電阻必須大于副線圈的最小電阻，設(shè)，負(fù)載電阻為R3，有R3＞R2..............(19)如果R3＜R2，會造成副線圈過載輸出，副線圈過載會增大鐵芯損耗造成發(fā)熱量增大。
(三)主線圈的能量交換功率與副線圈最大輸出功率的關(guān)系主線圈的能量交換功率要大于副線圈的最大輸出功率，副線圈的最大輸出功率要大于負(fù)載功率。設(shè)主線圈與鐵芯進(jìn)行能量交換的功率為P1，副線圈的最大輸出功率為P2，負(fù)載功率為P3，有P1＞P2＞P3..............(20)(四)副線圈的負(fù)載電阻在主線圈上的等效電阻。
設(shè)，主線圈的總匝數(shù)為Na，副線圈的總匝數(shù)為Nb，主線圈的電壓為Ua，副線圈的輸出電壓為Ub，負(fù)載電阻R3在主線圈上的等效電阻為R13，有P3＝Ub2/R3＝Ua2/R13R13＝Ua2/Ub2×R3∵Ua/Ub＝Na/Nb∴R13＝Na2/Nb2×R3..............(21)(六)副線圈的負(fù)載電阻在主線圈上的等效電流。
設(shè)，負(fù)載電阻的電流為I3，在主線圈上的等效電流為I13，有I13＝Ua/R13＝Nb2/Na2×Ua/R3..............(22)九LC并聯(lián)關(guān)系中有負(fù)載時主線圈能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系在表一、表二、表三的實驗數(shù)據(jù)中，副線圈沒有帶負(fù)載，因此副線圈對主線圈能量轉(zhuǎn)換過程中的阻頻關(guān)系沒有影響。當(dāng)副線圈有負(fù)載時，副線圈的負(fù)載對主線圈能量轉(zhuǎn)換過程中的阻頻關(guān)系產(chǎn)生影響，有負(fù)載時主線圈的頻率點(diǎn)與空載時主線圈的頻率點(diǎn)發(fā)生了移動，主線圈頻率點(diǎn)的變化也帶來了主線圈能量轉(zhuǎn)換時阻頻關(guān)系的變化。因此，副線圈有負(fù)載時主線圈的阻頻關(guān)系就是主線圈在空載與負(fù)載時的頻率關(guān)系。
副線圈有負(fù)載時主線圈能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系與副線圈的負(fù)載電阻相關(guān)，副線圈的負(fù)載電阻可以換算成在主線圈上的等效電阻。
副線圈的負(fù)載可以是全周期負(fù)載，也可以是半周期負(fù)載。在主線圈端口施加的電壓可以是單向加速電壓，也可以是雙向加速電壓。因此，負(fù)載時的阻頻關(guān)系分為全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系。有負(fù)載時的阻頻關(guān)系為一個周期內(nèi)正半周的阻頻關(guān)系與負(fù)半周的阻頻關(guān)系的平均值。
(一)全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系設(shè)，空載頻率為f，空載電流為I；負(fù)載電阻為R3時，在主線圈端口施加單向加速電壓的半周期頻率為f10，沒有加速電壓的半周期頻率為f01，全周期負(fù)載單向加速電壓的全周期頻率為f21(1)副線圈有負(fù)載、主線圈有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系設(shè)主線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷進(jìn)行加速時的電流為I1，副線圈負(fù)載在主線圈上的等效電流為I13，I1＝I+I13∵I＝4×C×U×fI1＝4×C×U×f10∴f10＝I1/I×f＝(1+I13/I)×f把(22)式代入上式，有f10＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(23)(2)副線圈有負(fù)載時、主線圈沒有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系設(shè)鐵芯對主線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速時的電流為I12，有I12＝I1-I13-I13＝I-I13f01＝(1-Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(24)(3)全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系f21＝(f10+f01)÷2＝f..............(25)(4)全周期負(fù)載單向加速電壓時的占空比設(shè)占空比為K1，有K1＝f10/f01＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)/(1-Nb2/Na2×R0/R3)..............(26)(二)全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系設(shè)全周期負(fù)載雙向加速電壓的全周期頻率為f22參照(23)式，阻頻關(guān)系為f22＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f
..............(27)全周期負(fù)載雙向加速電壓時的占空比K1＝1..............(28)(三)半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系半周期負(fù)載單向加速電壓中有兩種情況，兩種情況下的阻頻特性不相同。第一種情況，當(dāng)單向電壓施加在主線圈端口上時有負(fù)載。第二種情況，當(dāng)單向電壓施加在主線圈端口上時沒有負(fù)載。
(A)單向電壓施加在主線圈端口上有負(fù)載時的阻頻關(guān)系設(shè)，空載時的頻率為f，空載時的電流為I；副線圈有負(fù)載、主線圈有加速電壓時的半周期頻率為f10，主線圈沒有加速電壓時的半周期頻率為f01，半周期負(fù)載單向加速電壓的全周期頻率為f11(1)副線圈有負(fù)載、主線圈有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系參照(23)式，有f10＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(29)(2)副線圈沒有負(fù)載時，主線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷沒有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系設(shè)鐵芯對主線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速時的電流為I12，有I12＝I1-I13＝If01＝f..............(30)(3)半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系f21＝(f10+f01)÷2＝(1+0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(31)(4)半周期負(fù)載單向加速電壓時的占空比設(shè)占空比為K1，有K1＝f10/f01＝1+Nb2/Na2×R0/R3..............(32)(B)單向電壓施加在主線圈端口上沒有負(fù)載時的阻頻關(guān)系。
在此種情況下，單向電壓施加在主線圈端口上時的半周期沒有負(fù)載。
設(shè)，空載時的頻率為f，空載時的電流為I；副線圈沒有負(fù)載、主線圈有加速電壓時的半周期頻率為f10，主線圈沒有加速電壓、副線圈有負(fù)載時的半周期頻率為f01，半周期負(fù)載單向加速電壓的全周期頻率為f11(1)副線圈有負(fù)載、主線圈沒有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系參照(24)式，有f10＝(1-Nb2/Na2×R0/R3)×f
..............(33)(2)副線圈有負(fù)載、主線圈對鐵芯內(nèi)的運(yùn)動電荷沒有加速電壓時的半周期阻頻關(guān)系設(shè)鐵芯對主線圈內(nèi)的運(yùn)動電荷加速時的電流為I12，有I12＝I1-I13＝If01＝f..............(34)(3)半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系f21＝(f10+f01)÷2＝(1-0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(35)(4)半周期負(fù)載單向加速電壓時的占空比設(shè)占空比為K1，有K1＝f10/f01＝1-Nb2/Na2×R0/R3..............(36)(四)半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系與半周期負(fù)載單向加速電壓的第(A)種情況的阻頻關(guān)系完全相同。有(1)半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系f21＝(f10+f01)÷2＝(1+0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(35)(4)半周期負(fù)載雙向加速電壓時的占空比設(shè)占空比為K1，有K1＝f10/f01＝1+Nb2/Na2×R0/R3..............(36)九交流變壓器能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系(一)交流變壓器空載時能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系交流變壓器是在主線圈的端口施加交流電壓，交流電壓既是一個電壓源又是一個無窮大容量的電容器，因此，交流變壓器一個周期的能量轉(zhuǎn)換過程仍然要經(jīng)過與LC并聯(lián)關(guān)系相同的四個過程。同一個變壓器，用LC雙向加速電路(即推挽方式加速)時通過主線圈的電流與交流變壓器通過主線圈的電流相等，所以，在交流變壓器中，用電容器的容量值能夠表達(dá)通過線圈的電流?？梢罁?jù)(1)式用R0值來表達(dá)電容值。有C＝I/(4×U×f)＝1/(4×R0×f)
..............(37)把(37)式代入(16)式中，得交流電路空載時主線圈的阻頻通用公式Rk/R0×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1..............(38)(二)副線圈最小電阻的計算公式設(shè)副線圈的最小輸出電阻為R2，有Rk/R2×{K+A×Cos[B/(4×R2×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1..............(39)(三)交流電路中副線圈有負(fù)載電阻時的阻頻關(guān)系設(shè)副線圈的負(fù)載電阻為R3，頻率為f3，有f3＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f..............(40)十電子變壓器能量轉(zhuǎn)換的阻頻關(guān)系電子變壓器包括電源變壓器、音頻變壓器、脈沖變壓器、開關(guān)電源變壓器、隔離變壓器、傳輸線變壓器、鐵芯電感器等特殊類型變壓器。電子變壓器可以使用主線圈與電容器并聯(lián)的LC關(guān)系，也可以在主線圈端口不并聯(lián)電容器。電子變壓器可以用交變電壓的方式，也可以用單向間斷電壓的方式，還可以用雙向間斷電壓的推挽方式。
在電子變壓器中，如果變壓器主線圈沒有采用并聯(lián)電容器的方式，均可以使用主線圈端口并聯(lián)電容器的LC并聯(lián)關(guān)系的阻頻關(guān)系，使用時需要把LC關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，數(shù)學(xué)變換的方式與(38)、(39)式相同。例如當(dāng)變壓器的端口沒有并聯(lián)電容器并且采用全周期負(fù)載單向電壓時，空載阻頻關(guān)系為LC關(guān)系空載時的阻頻關(guān)系，負(fù)載阻頻關(guān)系為(23)、(24)式的負(fù)載阻頻關(guān)系，對空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)變換。
設(shè)計方法發(fā)明原理定義了變壓器鐵芯參數(shù)，明確了鐵芯與線圈在空載與負(fù)載兩種情況下的阻頻關(guān)系。依據(jù)發(fā)明原理，本發(fā)明的方法涉及了鐵芯參數(shù)的測量方法與線圈參數(shù)的設(shè)計方法。
本發(fā)明中，鐵芯參數(shù)的測量，變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計，均是以空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系為依據(jù)。
依據(jù)發(fā)明原理，鐵芯參數(shù)進(jìn)行測量是在空載時進(jìn)行。
依據(jù)發(fā)明原理，變壓器的參數(shù)設(shè)計就是設(shè)計變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)，設(shè)計過程涉及了鐵芯參數(shù)，也涉及了線圈參數(shù)，一般情況下是依據(jù)設(shè)計要求與目的首先確定鐵芯參數(shù)，之后確定線圈參數(shù)。由于鐵芯參數(shù)不同時線圈參數(shù)也不相同，線圈參數(shù)不同時鐵芯參數(shù)也不相同，一個變壓器會有無數(shù)種的設(shè)計方案，優(yōu)選出最佳的方案。
一鐵芯參數(shù)的測量方法鐵芯參數(shù)有Rk，N0，K，A，B五個參數(shù)。鐵芯的材料、物理形狀、物理尺寸相同時，鐵芯的五個參數(shù)相同。鐵芯參數(shù)要通過實驗的方法進(jìn)行測量，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)求解出鐵芯參數(shù)。
測量方法(1)繞制線圈。
分別繞制多種不同形式的線圈并分別進(jìn)行測量。對同一個鐵芯，分別繞制不同層數(shù)的線圈并測量，分別按不同的線徑繞制每層不同匝數(shù)的線圈并測量，分別采用同向繞制與反向繞制的方式繞制不同的線圈并測量，分別按照單導(dǎo)線與多導(dǎo)線并聯(lián)的方式繞制不同的線圈并測量。通過多組線圈的測量提高鐵芯參數(shù)的測量與計算精度。
(2)選擇電容器。
每種線圈要至少并聯(lián)三個不同容量值的電容器測量三組數(shù)據(jù)，并保障三個測量點(diǎn)的電容器容量值與B值的乘積所表達(dá)的角度值在π/4與π之間，如果電容器的容量值超出了上述范圍，要重新測量。
(3)測量。
在主線圈上并聯(lián)電容器，在線圈端口通過信號源或信號源驅(qū)動的功率放大電路施加間斷矩形波電壓，不斷變化間斷電壓的頻率，用示波器或其他手段跟蹤電壓波形變化，找出電壓幅值最大點(diǎn)，采集電壓幅值最大點(diǎn)的頻率值與電容器容量值。
(4)計算。
依據(jù)發(fā)明原理中的阻頻關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，解算出鐵芯的五個參數(shù)。在數(shù)學(xué)解算中最好采用平差方法解算，以提高數(shù)據(jù)解算精度。
對于批量生產(chǎn)的鐵芯，要對同一種型號的鐵芯取多個鐵芯進(jìn)行測量，以評價鐵芯產(chǎn)品的參數(shù)誤差。
二LC并聯(lián)關(guān)系變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法LC并聯(lián)關(guān)系中鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計分為固定頻率設(shè)計與隨動頻率設(shè)計。固定頻率設(shè)計指變壓器以一個固定不變的頻率工作，變壓器工作時的固定頻率點(diǎn)為額定功率工作時的頻率點(diǎn)，空載頻率點(diǎn)與最大負(fù)載頻率點(diǎn)都偏離固定率頻率點(diǎn)，依據(jù)能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻選擇頻率點(diǎn)，或依據(jù)頻率點(diǎn)選擇能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻，由能量轉(zhuǎn)換電阻與等效電阻選擇鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)。隨動頻率設(shè)計指變壓器在工作時能實時測量負(fù)載功率并根據(jù)負(fù)載功率實時調(diào)整變壓器工作的頻率點(diǎn)。
(一)固定頻率點(diǎn)設(shè)計方法固定頻率設(shè)計要根據(jù)負(fù)載功率確定三個頻率點(diǎn)，三個頻率點(diǎn)分別為空載工作頻率點(diǎn)fa、額定功率工作頻率點(diǎn)fb與最大輸出功率工作頻率點(diǎn)fc，以額定工作頻率點(diǎn)為鐵芯與線圈工作的固定頻率點(diǎn)，確定額定輸出功率與空載工作的頻率比值ka，最大輸出功率與額定輸出功率的工作頻率比值kb，之后進(jìn)行鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計。
(1)明確設(shè)計要求入端電壓Ua，出端電壓Ub，額定輸出功率P3，最大輸出功率P4。
(2)計算副線圈最小輸出電阻R2＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)計算額定負(fù)載電阻R3＝Ub2/P3計算最小負(fù)載輸出電阻R4＝Ub2/P4必須滿足的條件R2＜R3＜R4(3)確定空載頻率fa，確定額定輸出功率與空載工作的頻率比值Ka，確定最大輸出功率與額定輸出功率的頻率比值Kb(4)確定LC并聯(lián)關(guān)系變壓器的工作方式。不同的工作方式有不同的負(fù)載阻頻關(guān)系。例如主線圈雙向加速與全周期負(fù)載時的負(fù)載阻頻關(guān)系為公式(27)，fb＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×fa，fc＝(1+Nb2/Na2×R0/R4)×fa
(5)選擇并確定鐵芯的五個參數(shù)。并根據(jù)鐵芯參數(shù)確定并聯(lián)的電容器的容量值，使B×C的值約等于π。
(6)根據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系，計算空載時主線圈的能量交換電阻。不同的工作方式有不同的負(fù)載阻頻關(guān)系。例如主線圈雙向加速與全周期負(fù)載時的負(fù)載阻頻關(guān)系為公式(27)，空載時的能量交換電阻為R0＝(fb/fa-1)×Na2/Nb2×R3或者給出Na/Nb一個近似值，求解R0的近似值。
(7)根據(jù)R0的近似值計算主線圈的空載電流，根據(jù)最大輸出功率計算負(fù)載在主線圈上的等效電流，由主線圈的空載電流與負(fù)載在主線圈上的等效電流的和，計算導(dǎo)線的線徑。
(8)確定線圈的繞制方式，根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系，設(shè)計、計算每層線圈的匝數(shù)及線圈的層數(shù)。
(9)重復(fù)(6)、(7)、(8)項的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行逼近，直到空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系都滿足要求為止。
(10)鐵芯的參數(shù)不同時導(dǎo)線的總重量不相同，要根據(jù)(6)、(7)、(8)、(9)項的計算結(jié)果重新選擇鐵芯參數(shù)，再進(jìn)行(6)、(7)、(8)、(9)項的計算。對多種計算結(jié)果優(yōu)先出最佳的設(shè)計方案。
(11)根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系計算副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2，由于副線圈的匝數(shù)Nb在完成設(shè)計后已成定值，如果副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2大于R4，要進(jìn)行并聯(lián)線圈計算來確定并聯(lián)線圈的數(shù)量與線圈導(dǎo)線的線徑，使R2小于R4。
(12)完成上述設(shè)計后，根據(jù)已確定的LC并聯(lián)關(guān)系的工作方式，依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算fb，并計算一個完整的工作周期上半周與下半周的比值。
(13)在電路實施中，電路工作電壓的頻率為fb，占空比為一個完整周期上半周與下半周的比值。
(二)隨動頻率點(diǎn)的設(shè)計按照設(shè)計固定頻率點(diǎn)的方法設(shè)計的變壓器其鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)是固定不變的參數(shù)，當(dāng)用固定頻率工作時，只要負(fù)載電阻不是額定負(fù)載電阻其工作狀態(tài)就不是最佳的工作狀態(tài)，只有工作頻率與負(fù)載電阻實時符合負(fù)載時的阻頻關(guān)系才是最佳工作狀態(tài)。
隨動頻率設(shè)計就是變壓器電路中對負(fù)載進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測其電流，利用已知電壓與監(jiān)測的電流計算負(fù)載電阻，或監(jiān)測電流、電壓計算負(fù)載電阻，或直接測量負(fù)載電阻，或設(shè)定負(fù)載電阻曲線，在已知負(fù)載電阻時由電路根據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算工作頻率及占空比，按電路計算的工作頻率與占空比對主線圈端口施加間斷電壓。
三交流變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法在上述的LC關(guān)系的變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)設(shè)計中，變壓器的工作頻率一般情況下是在一個范圍內(nèi)設(shè)計，工作頻率是電路的間斷電壓頻率，間斷電壓的頻率由電路決定，因此額定功率時的頻率工作點(diǎn)不是嚴(yán)格意義上的固定頻率點(diǎn)。
而交流變壓器的特點(diǎn)是固定頻率與交變電壓，交流變壓器的入端電壓頻率一般由外部決定，因而它是嚴(yán)格的固定頻率設(shè)計。
(1)明確設(shè)計要求入端電壓Ua，出端電壓Ub，交流電頻率fb，額定輸出功率P3，最大輸出功率P4。
(2)計算副線圈最小輸出電阻R2Rk/R2×{K+A×Cos[B/(4×R2×fa)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1計算額定負(fù)載電阻R3＝Ub2/P3計算最小負(fù)載輸出電阻R4＝Ub2/P4必須滿足的條件；R2＜R4＜R3(3)由負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算空載頻率fa，計算最大輸出功率時的fc(4)選擇并確定鐵芯的五個參數(shù)。
(5)根據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系，計算空載時主線圈的能量交換電阻R0，R0＝(f3/fa-1)×R3×Na2/Nb2或者給出Na/Nb一個近似值，求解R0的近似值。
(6)根據(jù)R0的近似值計算主線圈的空載電流，根據(jù)最大輸出功率計算負(fù)載在主線圈上的等效電流，由主線圈的空載電流與負(fù)載在主線圈上的等效電流的和，計算導(dǎo)線的線徑。
(7)確定線圈的繞制方式，根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系，設(shè)計、計算每層線圈的匝數(shù)及線圈的層數(shù)。
(8)重復(fù)(5)、(6)、(7)項的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行逼近，直到空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系都滿足要求為止。
(9)檢查Cos[B/(4×R0×f)]中的B/(4×R0×f)是否大于π，如果B/(4×R0×f)大于π時，要確定B/(4×R0×f)的上限值，重新確定鐵芯參數(shù)，根據(jù)(5)、(6)、(7)、(8)項的順序重新設(shè)計。如果B/(4×R0×f)小于π時，也要調(diào)高B/(4×R0×f)的值并重新設(shè)計。
(10)根據(jù)空載時的通用阻頻關(guān)系計算副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2，由于副線圈的匝數(shù)Nb在完成設(shè)計后已成定值，如果副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2大于R4，要進(jìn)行并聯(lián)線圈計算來確定并聯(lián)線圈的數(shù)量與線圈導(dǎo)線的線徑，使R2小于R4。
三電子變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法(1)如果電子變壓器采用了主線圈端口并聯(lián)電容器的LC并聯(lián)關(guān)系，按LC并聯(lián)關(guān)系變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法進(jìn)行。如果主線圈端口沒有并聯(lián)電容器，要根據(jù)其使用特點(diǎn)確定空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系并進(jìn)行數(shù)學(xué)變換。使用特點(diǎn)包括主線圈端口施加的是否是交變電壓，是否是間斷電壓，間斷電壓是單向還是雙向，負(fù)載是半周期負(fù)載還是全周期負(fù)載。
(2)根據(jù)使用要求確定空載工作頻率與負(fù)載工作頻率，確定角度值B×C或B/(4×R0×f)的使用范圍，例如穩(wěn)壓變壓器要使角度值大于π。
(3)設(shè)計方法與LC并聯(lián)關(guān)系變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的設(shè)計方法及交流變壓器的設(shè)計方法相同。
(4)鐵芯電感的設(shè)計方法按單向間斷電壓的空載變壓器設(shè)計。做為限流用的鐵芯電感要計算它在額定頻率時進(jìn)行能量交換的電流。做為平滑波形濾波用的鐵芯電感，要把鐵芯電感的工作頻率設(shè)計的比前端輸入的間斷電壓頻率低許多，計算能量交換時的電流，并通過兩個不同頻率來計算濾波的平滑度。
實施方式本發(fā)明一般應(yīng)按以下步驟實施(1)從硅鋼、鐵氧體、非晶等多種鐵芯材料中選擇出所要使用的鐵芯材料，選擇鐵芯的形狀類型，確定線圈的繞制方式。
(2)在鐵芯材料、形狀確定后，要準(zhǔn)備多種不同尺寸，不同重量的鐵芯，分別進(jìn)行參數(shù)測量并計算鐵芯參數(shù)，在計算鐵芯參數(shù)時同一種材料的五個鐵芯參數(shù)中K值要設(shè)置成同一個值。如果鐵芯的參數(shù)為已知時，不用再測量鐵芯參數(shù)，但仍要準(zhǔn)備多種不同尺寸，不同重量的鐵芯。
測量一個鐵芯參數(shù)時，鐵芯上的線圈要采用不同的繞制方式、不同的線徑、不同的層數(shù)與每層不同的匝數(shù)進(jìn)行多組繞制并分別測量，用平差方法進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，用平差方法進(jìn)行計算可以提高測量精度，可以統(tǒng)計測量精度。繞制線圈時要規(guī)范，要保證測量鐵芯時繞制線圈的緊密度與生產(chǎn)上繞制線圈的緊密度相同，線圈繞制緊密度不相同時會對測量精度產(chǎn)生誤差影響。
(3)明確設(shè)計要求。對于工頻交流變壓器、直流電源變壓器類型要明確入端電壓、出端電壓、額定功率、最大功率、工作頻率。對于音頻變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器、穩(wěn)壓變壓器、隔離變壓器、鐵芯電感器等特殊變壓器還要明確它的特殊要求，例如穩(wěn)壓變壓器的特殊要求是穩(wěn)定電壓，設(shè)計時頻率角B/(4×R0×f)必須大于π，例如音頻變壓器要求的頻率變化范圍大與靈敏度高，頻率角B×C或B/(4×R0×f)必須小于π。
(4)按照設(shè)計方法中所列出的步驟進(jìn)行設(shè)計。
權(quán)利要求
1利用阻頻關(guān)系測量鐵芯參數(shù)及設(shè)計變壓器鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)的方法現(xiàn)有變壓器的設(shè)計方法依據(jù)的是電磁場理論，用磁場強(qiáng)度做為鐵芯參數(shù)，用線圈總匝數(shù)做為線圈參數(shù)，用磁場強(qiáng)度、線圈總匝數(shù)及電壓形成數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計算，變壓器設(shè)計主要依靠實驗進(jìn)行。本發(fā)明方法不再用磁場理論來設(shè)計變壓器，其特征是把變壓器所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換定義為線圈與鐵芯之間電荷能量的轉(zhuǎn)換，用能量轉(zhuǎn)換電阻來表達(dá)線圈與鐵芯之間相互進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換，用Rk、A、B、K、N0五個參數(shù)做為鐵芯參數(shù)，其中，Rk為單匝線圈能量轉(zhuǎn)換的電阻系數(shù)，A表達(dá)能量轉(zhuǎn)換時的強(qiáng)度，B表達(dá)電容量(或電流)在數(shù)學(xué)關(guān)系中的比例，K表達(dá)A、B參數(shù)形成的曲線位置，N0表達(dá)每層線圈的匝數(shù)系數(shù)；用N、S、M三個參數(shù)做為線圈參數(shù)，其中，N為每層線圈的等效匝數(shù)，S為線圈層數(shù)，M為并聯(lián)線圈的數(shù)量；對同向繞制的線圈與反向繞制的線圈用函數(shù)F(α)區(qū)分成兩個不同的系數(shù)，其中，當(dāng)線圈為同向繞制時F(α)＝1，當(dāng)線圈為反向繞制時F(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]；用空載時主線圈并聯(lián)電容器形成的LC并聯(lián)關(guān)系做為基本模型，把鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)系起來，形成空載時的能量轉(zhuǎn)換電阻與工作頻率的阻頻關(guān)系，空載時的阻頻關(guān)系為4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，頻率為f時變壓器空載時的能量交換電阻為R0＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)；不能形成LC并聯(lián)關(guān)系的交流變壓器或各種類型的電子變壓器空載時的阻頻關(guān)系為Rk/R0×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，頻率為f時交流變壓器或各種類型的電子變壓器空載時的能量交換電阻為R0＝Rk×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)；根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系可以計算出副線圈的最小輸出電阻；根據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系可以測量并計算鐵芯參數(shù)；根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系可以計算空載頻率時的能量轉(zhuǎn)換電阻；當(dāng)變壓器有負(fù)載時，可以把負(fù)載電阻變換成主線圈上的等效電阻；用負(fù)載時的阻頻關(guān)系建立起與空載時的阻頻關(guān)系兩者之間的聯(lián)系，LC并聯(lián)關(guān)系的負(fù)載阻頻關(guān)系有全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系、半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系；依據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系，經(jīng)過數(shù)學(xué)變換可以得到交流變壓器的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系；依據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系，經(jīng)過數(shù)學(xué)變換可以得到各種類型的電子變壓器的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系；依據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系可以對主線圈并聯(lián)電容器的變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計過程是把變壓器額定功率的頻率點(diǎn)定為固定不變的頻率點(diǎn)，空載頻率點(diǎn)與最大負(fù)載頻率點(diǎn)都偏離固定頻率點(diǎn)，由能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻選擇頻率點(diǎn)，或由頻率點(diǎn)選擇能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻，由能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載等效電阻對鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計；按照固定頻率點(diǎn)設(shè)計的主線圈并聯(lián)電容器的變壓器通過電路可以實現(xiàn)隨動頻率工作；依據(jù)交流變壓器空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系可以對交流變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計；依據(jù)各種類型的電子變壓器空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系可以對各種類型的電子變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。
2能量轉(zhuǎn)換電阻的特征權(quán)利要求1中所述的“把變壓器所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換定義為線圈與鐵芯之間電荷能量的轉(zhuǎn)換，用能量轉(zhuǎn)換電阻來表達(dá)線圈與鐵芯之間相互進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換”，指在LC并聯(lián)關(guān)系的變壓器空載工作時，每半個工作周期內(nèi)電容器與鐵芯通過主線圈相互進(jìn)行一次能量轉(zhuǎn)換，電容器能量通過主線圈轉(zhuǎn)換成鐵芯能量與鐵芯能量通過主線圈轉(zhuǎn)換成電容器能量是兩個能量轉(zhuǎn)換過程，兩個能量轉(zhuǎn)換過程有兩個能量轉(zhuǎn)換電阻，兩個能量轉(zhuǎn)換電阻全部為最小值且相等時為鐵芯與線圈進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的電阻，能量轉(zhuǎn)換電阻為定值的條件是與頻率相關(guān)，為定值的能量轉(zhuǎn)換電阻符合歐姆定律。
3F(α)的特征權(quán)利要求1中所述的“當(dāng)線圈為同向繞制時F(α)＝1，當(dāng)線圈為反向繞制時F(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]”，其“線圈為反向繞制”指兩個相鄰層線圈上一層線圈的終點(diǎn)為下一層線圈的起點(diǎn)；其“線圈同向繞制”指每一層線圈的起點(diǎn)與終點(diǎn)都相同；其“同向繞制時F(α)＝1”指不同線圈層內(nèi)的線圈在鐵芯表面上的投影方向相同，所有線圈的加速方向相同；其“反向繞制時F(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]”指相鄰層線圈在鐵芯表面上的投影角走向有夾角，相鄰層線圈對鐵芯內(nèi)運(yùn)動電荷的加速方向不相同，鐵芯內(nèi)被加速電荷的運(yùn)動方向是所有線圈層加速方向的合方向，F(xiàn)(α)是加速方向合方向的系數(shù)；而投影角由線圈直徑與線圈數(shù)量決定，用線圈層的寬度L1，每匝線圈投影到鐵芯表面上的長度L2來表達(dá)投影角的影響系數(shù)。
4并聯(lián)電容器的變壓器空載時阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“用空載時主線圈并聯(lián)電容器形成的LC并聯(lián)關(guān)系做為基本模型，把鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)系起來，形成空載時的能量轉(zhuǎn)換電阻與工作頻率的阻頻關(guān)系，空載時的阻頻關(guān)系為4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，頻率為f時變壓器空載時的能量交換電阻為R0＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)”，其特征是等效線圈N指第一層線圈匝數(shù)N1、第二層線圈匝數(shù)N2、第S層線圈匝數(shù)Ns的乘積的1/s次方，即N＝(N1×N2×…×Ns)1/s；M指在同一層線圈中導(dǎo)線的并聯(lián)數(shù)量，即當(dāng)線圈為單層時，有M根導(dǎo)線并聯(lián)繞制，當(dāng)線圈有S層時，每一層中均有M根導(dǎo)線并聯(lián)繞制，只有導(dǎo)線在層內(nèi)并聯(lián)才適用上述公式中的并聯(lián)情況，如果進(jìn)行層與層并聯(lián)將不產(chǎn)生并聯(lián)效果，因而也就不能按并聯(lián)計算；Ns指第S層線圈的匝數(shù)；±符號指當(dāng)N＞N0時±符號取正號，當(dāng)N≤N0時±符號取負(fù)號。
5并聯(lián)電容器的變壓器空載時阻頻關(guān)系中B×C的范圍權(quán)利要求1中所述的“空載時的阻頻關(guān)系為4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1”，其中的B×C為角度值，B×C的范圍為π/4＜B×C＜π，B×C的工作狀態(tài)要接近于π；當(dāng)B×C大于π時，工作狀態(tài)為飽和狀態(tài)；當(dāng)B×C小于π/4時，鐵芯與線圈的利用效率低；當(dāng)B×C＜π/4時K+A×Cos(B×C)的值與實際值不相等，要進(jìn)行計算補(bǔ)正，進(jìn)行補(bǔ)正的方法上以K+y(x)+A×Ctg(B×C)代替K+A×Cos(B×C)；當(dāng)B×C＞π時K+A×Cos(B×C)的值與實際值不相等，實際值是一條漸近線，每種鐵芯材料的物理形狀確定后其漸近線是唯一的，可以通過實驗的方法確定一條直線近似代替漸近線。
6交流變壓器或各種類型的電子變壓器空載時阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“不能形成LC并聯(lián)關(guān)系的交流變壓器或各種類型的電子變壓器空載時的阻頻關(guān)系為Rk/R0×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，頻率為f時交流變壓器或各種類型的電子變壓器空載時的能量交換電阻為R0＝Rk×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)”，其特征是當(dāng)交流變壓器或各種類型的電子變壓器主線圈端口沒有并聯(lián)電容器時，對LC并聯(lián)關(guān)系時的阻頻關(guān)系用C＝1/(4×R0×f)進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。
7副線圈最小輸出電阻的特征權(quán)利要求1中所述的“根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系可以計算出副線圈的最小輸出電阻”，指副線圈最小輸出電阻的計算方法與主線圈能量轉(zhuǎn)換電阻的計算方法相同，并聯(lián)電容器的變壓器副線圈最小輸出電阻R2的計算公式為R2＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)；交流變壓器或各種類型的電子變壓器的副線圈最小輸出電阻用C＝1/(4×R2×f)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，最小輸出電阻R2的計算公式為Rk/R2×{K+A×Cos[B/(4×R2×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1。
8鐵芯參數(shù)的測量方法權(quán)利要求1中所述的“根據(jù)LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系可以測量并計算鐵芯參數(shù)”，其特征是分別按照同向繞制、反向繞制的方式，繞制不同層數(shù)、不同線徑、每層不同匝數(shù)的線圈，分別進(jìn)行測量。在測量時每種線圈要至少并聯(lián)三個不同容量值的電容器測量三組數(shù)據(jù)，并要保障三個測量點(diǎn)的電容器容量值與B值的乘積所表達(dá)的角度值在π/4與π之間。測量方法是在并聯(lián)電容器的主線圈端口通過信號源或信號源驅(qū)動的功率放大電路施加間斷矩形波電壓，不斷變化間斷電壓的頻率，用示波器或其他手段跟蹤電壓波形變化，找出電壓幅值最大點(diǎn)，采集電壓幅值最大點(diǎn)的頻率值與電容器容量值。然后用LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系解算出鐵芯的五個參數(shù)。在LC并聯(lián)關(guān)系中，矩形波是形成LC并聯(lián)關(guān)系時阻頻關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)波形。
9等效電阻的特征權(quán)利要求1中所述的“當(dāng)變壓器有負(fù)載時，可以把負(fù)載電阻變換成主線圈上的等效電阻”，指把負(fù)載電阻R3換算成主線圈上的等效電阻R13，用Na表述主線圈的總匝數(shù)，用Nb表述副線圈匝數(shù)，等效電阻為R13＝Na2/Nb2×R3。
10并聯(lián)電容器的變壓器全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“LC并聯(lián)關(guān)系的負(fù)載阻頻關(guān)系有全周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系”，特征是全周期負(fù)載時，有單向加速電壓的半周期頻率為f10＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f，沒有單向加速電壓的半周期頻率為f01＝(1-Nb2/Na2×R0/R3)×f，一個完整周期的頻率為f21，阻頻關(guān)系為f21＝f，占空比為K1＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)/(1-Nb2/Na2×R0/R3)。
11并聯(lián)電容器的變壓器全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“LC并聯(lián)關(guān)系的負(fù)載阻頻關(guān)系有……全周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系”，特征是全周期負(fù)載時，一個完整周期的頻率為f22，阻頻關(guān)系為f22＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f，正半周與負(fù)半周對稱，占空比為k1＝1。
12并聯(lián)電容器的變壓器半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“LC并聯(lián)關(guān)系的負(fù)載阻頻關(guān)系有……半周期負(fù)載單向加速電壓的阻頻關(guān)系”，特征是當(dāng)單向電壓施加在主線圈端口上有負(fù)載時，有單向加速電壓有負(fù)載的半周期頻率為f10＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f，沒有單向加速電壓沒有負(fù)載的半周期頻率為f01＝f，一個完整周期的頻率為f21，阻頻關(guān)系為f21＝(1+0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f，占空比為K1＝1+Nb2/Na2×R0/R3；當(dāng)單向電壓施加在主線圈端口沒有負(fù)載時，有單向加速電壓沒有負(fù)載的半周期頻率為f10＝f，沒有單向加速電壓有負(fù)載的半周期頻率為f01＝(1-Nb2/Na2×R0/R3)×f，一個完整周期的頻率為f21，阻頻關(guān)系為f21＝(1-0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f，占空比為K1-1+Nb2/Na2×R0/R3。
13并聯(lián)電容器的變壓器半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“LC并聯(lián)關(guān)系的負(fù)載阻頻關(guān)系有……半周期負(fù)載雙向加速電壓的阻頻關(guān)系”，特征是半周期負(fù)載雙向加速電壓時，一個完整周期的頻率為f21，阻頻關(guān)系為f21＝(1+0.5×Nb2/Na2×R0/R3)×f，占空比為k1＝1+Nb2/Na2×R0/R3。
14交流變壓器負(fù)載時阻頻關(guān)系的特征權(quán)利要求1中所述的“交流變壓器負(fù)載時有一個阻頻關(guān)系”，指交流變壓器的負(fù)載電阻為R3時工作頻率為f3，負(fù)載電阻為R3時的阻頻關(guān)系為f3＝(1+Nb2/Na2×R0/R3)×f。
15并聯(lián)電容器的變壓器固定頻率的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系設(shè)計LC并聯(lián)關(guān)系變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)，設(shè)計過程是把變壓器額定功率的頻率點(diǎn)定為固定不變的頻率點(diǎn)，空載頻率點(diǎn)與最大負(fù)載頻率點(diǎn)都偏離固定率頻率點(diǎn)，依據(jù)能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻選擇頻率點(diǎn)，或依據(jù)頻率點(diǎn)選擇能量轉(zhuǎn)換電阻與負(fù)載電阻的等效電阻，由能量轉(zhuǎn)換電阻與等效電阻對鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計”，其設(shè)計方法指先設(shè)定一些必要參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)計算并逐次逼近，從產(chǎn)生的多種方案種選出一種方案，步驟為，(1)明確入端電壓Ua，出端電壓Ub，額定輸出功率P3，最大輸出功率P4；(2)計算副線圈最小輸出電阻R2＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)，計算額定負(fù)載電阻R3＝Ub2/P3，計算最小負(fù)載輸出電阻R4＝Ub2/P4，必須滿足的條件R2＜R3＜R4；(3)設(shè)定空載頻率點(diǎn)fa，確定額定輸出功率時的頻率與空載工作時的頻率的比值Ka，確定最大輸出功率的頻率與額定輸出功率的頻率的比值Kb；(4)根據(jù)選定的LC并聯(lián)關(guān)系變壓器的工作方式明確負(fù)載阻頻關(guān)系；(5)選擇并確定鐵芯的五個參數(shù)，并根據(jù)鐵芯參數(shù)確定并聯(lián)電容器的容量值，使B×C的值約等于π；(6)根據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系，計算空載時主線圈的能量交換電阻，或給出主線圈與副線圈匝數(shù)的比例值，依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系求解R0；(7)根據(jù)R0的值計算主線圈的空載電流，根據(jù)最大輸出功率計算負(fù)載在主線圈上的等效電流，由主線圈的空載電流與負(fù)載在主線圈上的最大等效電流的和，計算導(dǎo)線的線徑；(8)確定線圈的繞制方式，根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系，設(shè)計、計算每層線圈的匝數(shù)及線圈的層數(shù)；(9)重復(fù)6、7、8項的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行逼近，直到空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系都滿足要求為止；(10)鐵芯的參數(shù)不同時導(dǎo)線的總重量不相同，要根據(jù)6、7、8、9項的計算結(jié)果重新優(yōu)化選擇鐵芯參數(shù)，再進(jìn)行6、7、8、9項的計算；(11)根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系計算副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2，由于副線圈的總匝數(shù)Nb在完成設(shè)計后已成定值，如果副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2大于R4，要進(jìn)行并聯(lián)線圈計算來確定并聯(lián)線圈的數(shù)量與線圈導(dǎo)線的線徑，使R2小于R4；(12)完成上述設(shè)計后，根據(jù)已確定的LC并聯(lián)關(guān)系的工作方式，依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算fb，并計算一個完整的工作周期上半周與下半周的比值；(13)在工程實施中，變壓器的工作頻率為fb，占空比為一個完整周期上半周與下半周的比值。
16并聯(lián)電容器的變壓器隨動頻率的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“按照固定頻率點(diǎn)設(shè)計的主線圈并聯(lián)電容器的變壓器通過電路可以實現(xiàn)隨動頻率工作”，其特征是在變壓器電路中實時監(jiān)測負(fù)載電流，利用已知電壓與監(jiān)測的電流計算負(fù)載電阻，或監(jiān)測電流、電壓計算負(fù)載電阻，或直接測量負(fù)載電阻，或設(shè)定負(fù)載電阻曲線，根據(jù)負(fù)載電阻負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算工作頻率及占空比，按電路計算的工作頻率與占空比對主線圈端口施加間斷電壓。
17交流變壓器固定頻率的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“依據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系可以對交流變壓器固定頻率時的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計”，其特征是由外部向變壓器入端提供的交流電頻率就是變壓器工作時的固定頻率點(diǎn)，其設(shè)計過程為，(1)明確設(shè)計要求入端電壓Ua，出端電壓Ub，交流電頻率fb，額定輸出功率P3，最大輸出功率P4；(2)計算副線圈最小輸出電阻Rk/R2×{K+A×Cos[B/(4×R2×fa]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，計算額定負(fù)載電阻R3＝Ub2/P3，計算最小負(fù)載輸出電阻R4＝Ub2/P4；(3)由負(fù)載時的阻頻關(guān)系計算空載頻率fa，計算最大輸出功率時的fc；(4)選擇并確定鐵芯的五個參數(shù)；(5)根據(jù)負(fù)載時的阻頻關(guān)系，計算空載時主線圈的能量交換電阻R0＝(f3/fa-1)×R3×Na2/Nb2；或者給出Na/Nb一個近似值，求解R0的近似值；(6)根據(jù)R0的近似值計算主線圈的空載電流，根據(jù)最大輸出功率計算負(fù)載在主線圈上的等效電流，由主線圈的空載電流與負(fù)載在主線圈上的等效電流的和，計算導(dǎo)線的線徑；(7)確定線圈的繞制方式，根據(jù)空載時的阻頻關(guān)系，設(shè)計、計算每層線圈的匝數(shù)及線圈的層數(shù)；(8)重復(fù)5、6、7項的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行逼近，直到空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系都滿足要求為止；(9)檢查Cos[B/(4×R0×f)]中的B/(4×R0×f)是否大于π，如果B/(4×R0×f)大于π時，要確定B/(4×R0×f)的上限值，重新確定鐵芯參數(shù)，根據(jù)(5)、(6)、(7)、(8)項的順序重新設(shè)計；(10)根據(jù)空載時的通用阻頻關(guān)系計算副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2，如果副線圈的能量轉(zhuǎn)換電阻R2大于R4，要進(jìn)行并聯(lián)線圈計算來確定并聯(lián)線圈的數(shù)量與線圈導(dǎo)線的線徑，使R2小于R4。
18電子變壓器的設(shè)計方法權(quán)利要求1中所述的“依據(jù)各種類型的電子變壓器負(fù)載時的阻頻關(guān)系與空載時的阻頻關(guān)系可以對各種類型的電子變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計”，其特征是由線圈與鐵芯組成的各種變壓器或電感器，可以按照主線圈端口是否并聯(lián)電容器分為LC并聯(lián)關(guān)系與非LC并聯(lián)關(guān)系兩種類型，由LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系經(jīng)過數(shù)學(xué)變換，可以變換成非LC并聯(lián)關(guān)系的空載阻頻關(guān)系與負(fù)載阻頻關(guān)系；主線圈端口施加的是交變電壓時按交流變壓器的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計；主線圈端口是單向間斷電壓或雙向間斷電壓時，即使沒有并聯(lián)電容器也可以按LC并聯(lián)關(guān)系變壓器的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計；鐵芯電感按設(shè)計單向間斷電壓的空載變壓器的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計；不同類型的變壓器都有特定的功能使用要求，在設(shè)計時通過確定空載工作頻率與負(fù)載工作頻率的比值、通過確定角度值B×C或B/(4×R0×f)的使用范圍以實現(xiàn)設(shè)計要求。
全文摘要
傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計方法依據(jù)的是電磁場理論，變壓器設(shè)計主要依靠經(jīng)驗積累與實驗進(jìn)行。本發(fā)明不再采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，用五個參數(shù)來表達(dá)鐵芯參數(shù)，用三個參數(shù)做為線圈參數(shù)，把鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)及電參數(shù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)系起來，形成變壓器空載時的阻頻關(guān)系與負(fù)載時的阻頻關(guān)系，用阻頻關(guān)系表達(dá)的能量轉(zhuǎn)換電阻符合歐姆定律。依據(jù)變壓器空載與負(fù)載時的阻頻關(guān)系，可以對LC并聯(lián)關(guān)系變壓器、工頻交流變壓器、電源變壓器、音頻變壓器、脈沖變壓器、開關(guān)電源變壓器、隔離變壓器、傳輸線變壓器、鐵芯電感器等特殊類型變壓器的鐵芯參數(shù)與線圈參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計過程完全數(shù)字化。
文檔編號G01R31/02GK101029914SQ20061006753
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者魏營隆 申請人:魏營隆