[发明专利]利用阻频关系测量铁芯参数及设计变压器铁芯参数与线圈参数的方法

摘要

传统的变压器设计方法依据的是电磁场理论，变压器设计主要依靠经验积累与实验进行。本发明不再采用传统的设计方法，用五个参数来表达铁芯参数，用三个参数做为线圈参数，把铁芯参数与线圈参数及电参数通过数学关系联系起来，形成变压器空载时的阻频关系与负载时的阻频关系，用阻频关系表达的能量转换电阻符合欧姆定律。依据变压器空载与负载时的阻频关系，可以对LC并联关系变压器、工频交流变压器、电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、开关电源变压器、隔离变压器、传输线变压器、铁芯电感器等特殊类型变压器的铁芯参数与线圈参数进行设计，设计过程完全数字化。

主权项

1利用阻频关系测量铁芯参数及设计变压器铁芯参数与线圈参数的方法现有变压器的设计方法依据的是电磁场理论，用磁场强度做为铁芯参数，用线圈总匝数做为线圈参数，用磁场强度、线圈总匝数及电压形成数学公式进行计算，变压器设计主要依靠实验进行。本发明方法不再用磁场理论来设计变压器，其特征是：把变压器所进行的能量转换定义为线圈与铁芯之间电荷能量的转换，用能量转换电阻来表达线圈与铁芯之间相互进行的能量转换，用Rk、A、B、K、N0五个参数做为铁芯参数，其中，Rk为单匝线圈能量转换的电阻系数，A表达能量转换时的强度，B表达电容量(或电流)在数学关系中的比例，K表达A、B参数形成的曲线位置，N0表达每层线圈的匝数系数；用N、S、M三个参数做为线圈参数，其中，N为每层线圈的等效匝数，S为线圈层数，M为并联线圈的数量；对同向绕制的线圈与反向绕制的线圈用函数F(α)区分成两个不同的系数，其中，当线圈为同向绕制时F(α)＝1，当线圈为反向绕制时F(α)＝1/[1-L1÷(M×N1/2×L2)]；用空载时主线圈并联电容器形成的LC并联关系做为基本模型，把铁芯参数与线圈参数通过数学关系联系起来，形成空载时的能量转换电阻与工作频率的阻频关系，空载时的阻频关系为4×C×f×Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，频率为f时变压器空载时的能量交换电阻为R0＝Rk×[K+A×Cos(B×C)]×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)；不能形成LC并联关系的交流变压器或各种类型的电子变压器空载时的阻频关系为Rk/R0×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)]}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)＝1，频率为f时交流变压器或各种类型的电子变压器空载时的能量交换电阻为R0＝Rk×{K+A×Cos[B/(4×R0×f)}×[N±M1/M×(Ns/N0)1.5×M]×S×F(α)；根据空载时的阻频关系可以计算出副线圈的最小输出电阻；根据LC并联关系的空载阻频关系可以测量并计算铁芯参数；根据空载时的阻频关系可以计算空载频率时的能量转换电阻；当变压器有负载时，可以把负载电阻变换成主线圈上的等效电阻；用负载时的阻频关系建立起与空载时的阻频关系两者之间的联系，LC并联关系的负载阻频关系有全周期负载单向加速电压的阻频关系、全周期负载双向加速电压的阻频关系、半周期负载单向加速电压的阻频关系、半周期负载双向加速电压的阻频关系；依据LC并联关系的空载阻频关系与负载阻频关系，经过数学变换可以得到交流变压器的空载阻频关系与负载阻频关系；依据LC并联关系的空载阻频关系与负载阻频关系，经过数学变换可以得到各种类型的电子变压器的空载阻频关系与负载阻频关系；依据LC并联关系的空载阻频关系与负载阻频关系可以对主线圈并联电容器的变压器固定频率时的铁芯参数与线圈参数进行设计，设计过程是把变压器额定功率的频率点定为固定不变的频率点，空载频率点与最大负载频率点都偏离固定频率点，由能量转换电阻与负载电阻的等效电阻选择频率点，或由频率点选择能量转换电阻与负载电阻的等效电阻，由能量转换电阻与负载等效电阻对铁芯参数与线圈参数进行设计；按照固定频率点设计的主线圈并联电容器的变压器通过电路可以实现随动频率工作；依据交流变压器空载时的阻频关系与负载时的阻频关系可以对交流变压器固定频率时的铁芯参数与线圈参数进行设计；依据各种类型的电子变压器空载时的阻频关系与负载时的阻频关系可以对各种类型的电子变压器的铁芯参数与线圈参数进行设计。