专利名称：减小变压器损耗及体积的设计制造方法
技术领域：
电学技术背景变压器的作用是升高电压、降低电压、变换电流、变换电阻、交换相数、电能隔离。现有变压器技术的理论基础是静电作用的库仑定律、电磁场作用的安培环路定律、法拉弟的电磁感应定律、麦克斯韦方程组，并由上述基础理论形成了电磁场理论。电磁场理论认为电与磁都是真实物质，电能与磁能能够互相转换。在电磁场理论中，引入了各种场矢量，如电场强度、磁场强度、磁通密度等，并以电磁场理论及各种矢量场的参数进行变压器的设计与制造。现有变压器大致可分为两个类型电力变压器与电子变压器。
现有电力变压器由铁芯与线圈组成，在初级线圈端口施加交流电压，在次级线圈端口输出交流电压。电磁场理论认为电能由初级线圈转换成铁芯内的磁能，铁芯内的磁能再转换成次级线圈的电能。现有的电力变压器存在两个问题(1)依据电磁场理论设计电力变压器时，变压器的功率与铁芯的质量及体积数学相关，很难增大变压器的功率与体积的比值。(2)依据电磁场理论设计电力变压器，铁芯必然发热。电磁场理论认为铁芯发热的原因是磁场涡流造成的，电力变压器必须有降温措施并且铁芯造成的损耗不可避免。
现有电子变压器由初级线圈端口并联电容器组成，它采用电磁学中的LC谐振原理。但LC谐振公式是一个经验公式，不具有普遍性，电子变压器的设计主要靠实验的方法完成，电子变压器的制造靠制造过程中的调试来保障产品性能指标。电子变压器存在的问题(1)电子变压器铁芯的发热不能避免。(2)电子变压器的设计靠实验完成。(3)制造过程中需要对产品参数进行调试。
本发明认为电磁场理论只是对变压器铁芯的发热现象进行了解释，并没有证明变压器铁芯必须发热；电磁场理论只是在一定条件下对变压器的功率与变压器铁芯的质量进行了量化，并没有证明当条件变化时变压器的功率与变压器铁芯的质量之间的相互关系不会发生变化；变压器技术是一项能量交换技术，减小变压器铁芯的能量损耗及铁芯质量没有违背能量守衡这一物理学的基本定律。
随着电子计算机技术、电子元器件技术、电子测试技术的发展，应用多学科技术，能够最大限度的减小变压器铁芯的损耗，使变压器铁芯在感觉上不发热；能够实现用很小质量的变压器铁芯进行大功率的能量交换甚至达到变压器交换功率的大小与变压器铁芯的质量无关；能够实现变压器间串联、并联的组合，使变压器的设计制造更经济、更实用，变压器的使用更安全、更可靠、更方便、更灵活。
本发明中的变压器设计方法以电学理论为基础，利用电容器、线圈、铁芯组成的振荡电路中产生的电容电压回摆点，在电容电压回摆点后顺向加速以减小变压器铁芯的损耗；利用电容器与铁芯进行能量交换的量值只与一定条件相关，通过缩短能量交换的时间以提高变压器功率；利用成熟的电子计算机技术、电子元器件技术、电子测试技术实现低损耗、小体积、大功率的变压器；利用变压器的输入端口与输出端口在一定的技术条件下可以进行串联、并联组合，通过变压器的串、并联组合，实现各种类型的变压器的设计与制造，并实现制造过程中无调试工艺。
发明目的本发明的目的是(1)减小变压器铁芯的损耗，达到减小变压器损耗的目的。(2)减小变压器的铁芯质量与输出功率的比值，达到减小变压器体积的目的。(3)根据变压器负载自动调整变压器的输入功率，实现变压器的负载功率与输入功率自动随动。(4)实现电容电压回摆变压器能够以直流输出，能够以交流输出，能够以变频交流输出。(5)实现变压器输出端口电压并联，通过变压器输出端口并联，使变压器组的输出功率可以无限量增大，并有计算机或单片机管理并联变压器组，根据负荷功率自动开启或关闭变压器的工作状态。(6)实现变压器或变压器组输出端串联，通过变压器或变压器组输出端口的串联，使变压器或变压器组串联后的输出电压可以达到任意高的程度。(7)实现变压器或变压器组输入端口的串联，通过变压器或变压器组输入端口的串联，可以使任意高的电压降低到变压器或变压器组能够承受的设计电压。
技术方案本发明不再采用电磁场理论设计变压器，本发明中不涉及磁导率、铁损等现有变压器的设计参数。本发明以电学理论为基础，并涉及多个学科。
本发明的设计依据是当电容器与初级线圈并联时，在初级线圈的端口施加间断电压能形成电容电压回摆点，在电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点施加间断电压能减小变压器铁芯的损耗；增大变压器中振荡电路的工作频率能够增大变压器的输出功率与质量的比值；在一定的条件下，初级线圈振荡电压峰值的大小由通过初级线圈电流的大小来决定，控制通过初级线圈的电流能够控制变压器的交换功率。上述特性是经过实验总结出来的结果，其实验具有再现性。
一利用电容电压回摆点减小变压器损耗的方法(一)、变压器铁芯损耗的对比实验实验1交流电压变压器的铁芯损耗试验交流电压变压器由铁芯与线圈组成，当在初级线圈的端口施加正弦波或其他波形的连续交变电压时，实验1结果无论变压器的工作频率是多少，变压器的铁芯一定会发热，因而，变压器的铁芯损耗不可避免。
实验2LC谐振电子变压器铁芯损耗实验在交流变压器的输入端口并联电容器，组成了LC谐振电子变压器，当在初级线圈的端口施加间断电压U0并形成振荡电压时，初级线圈与次级线圈的端口同时出现振荡电压，两个线圈出现的振荡电压波形相同，两个线圈的电压峰值与两个线圈的匝数成正比。设初级线圈的振荡电压为U1，次级线圈端口的振荡电压为U2。图1为U0、U1、U2的相位图。实验2结果当实验2与实验1的输入功率相同时，实验2的的铁芯损耗小于实验1中的铁芯损耗，但实验2中的铁芯损耗仍然不可避免。
实验3电容电压回摆点变压器铁芯损耗试验电容电压回摆变压器的振荡电路结构与LC谐振电子变压器的结构相同，当初级线圈端口施加U0的间断电压时，通过技术手段改变U1的频率f，一定可以找到一个频率点f0，在f＝f0时，间断电压U1与变压器的振荡电压U2的相位图如图2所示。实验3结果f＝f0时，变压器铁芯不发热，可以认为变压器铁芯的损耗近似为零。
在图2中，电压U0的开始点总是在振荡电压U1的回摆点之后，并出现变压器铁芯无损耗的现象。为区别于LC现象，称图2的现象为电容电压回摆点现象，以此现象工作的变压器为电容电压回摆变压器。
(二)变压器铁芯对比实验的分析物理学证明了电与电荷是真实物质，电流是电荷的运动或电子的运动。物理学没有证明磁与磁场是真实物质，而电磁学理论的基础是假设并认为磁与磁场是真实物质，电能与磁能能够互相转换。
同样，发明人假设磁与磁场是虚拟物质，只有电荷与带电荷的粒子才是真实物质。在此前提下，再次假设当在初级线圈的端口施加电压时，电子从电压源的负极向电压源的正级运动，当运动电子通过线圈时，在电荷力的作用下，铁芯内产生了自由电子，自由电子受线圈内运动电子的作用在铁芯内作加速运动，线圈内的运动电子与铁芯内被加速的运动电子交换了能量。由于铁芯内运动电子的运动速度有极限值，一定质量的铁芯在一定电压作用下产生的运动电子总量有极限值，因此，当铁芯的质量及线圈端口的电压为定值时，铁芯内运动电子的总能量及总动量的极限值为定值。
用上述假设可以解释变压器的工作原理。用上述假设可以对实验1、实验2、实验3进行分析。
分析实验1当在初级线圈的端口施加正半周电压时，铁芯内运动电子的运动方向为A；当正半周电压向负半周电压转换时，电压等于0，铁芯内运动电子的运动方向仍为A；当初级线圈的端口电压转换到负半周时，线圈内的运动电子对铁芯内运动电子的加速方向为B，B方向与A方向相反；因此，当铁芯内沿A方向运动的电子受到B方向上的加速作用时，A方向上运动的电子可以弹性变向，但是，铁芯内的运动电子由A方向运动向B方向运动的变向过程中，必然发生一部分A方向运动的电子与B方向运动的电子相碰撞，电子碰撞产生热量，形成变压器铁芯损耗。
分析实验2当间断电压施加在初级线圈的端口时，线圈内的运动电子对铁芯内的电子加速，加速方向为A；当初级线圈的端口电压为0时，铁芯内的运动电子在A方向上对线圈端口的电容充电，电容电压的方向与间断电压的方向相反；铁芯内运动电子的总动量或总能量随着电容电压的增大而减少，当铁芯内运动电子的总动量或总能量接近0时，电容电压达到最大并形成一个回摆点；回摆点后电容电压对铁芯内的电子加速，加速方向为B，由于电容电压的方向与间断电压的方向相反，故电容电压加速的电子运动方向B与间断电压加速的电子运动A方向相反；当电容电压为0时，铁芯内电子运动的方向仍为B，LC谐振正是在电容电压回摆到0时施加间断电压，间断电压的加速方向与铁芯内原有运动电子的运动方向相反，由实验1的分析知，铁芯内由于运动电子发生了碰撞并产生热量，进而形成了变压器损耗。
分析实验3由实验1、实验2的分析知，在电容电压的回摆点，铁芯内运动电子的总动量或总能量近似等于0，因此，当间断电压与电容电压的方向相同并且在电容电压的回摆点之后施加在初级线圈的端口时，间断电压与电容电压对铁芯内的运动电子加速方向相同，铁芯内被加速的运动电子不会发生碰撞，因而变压器的损耗近似等于0。对比图1与图2可知LC电路振荡波形正半周与负半周可以对称，而实验3中的波形正半周与负半周不对称。
实验3中，当间断电压施加在初级线圈的端口并产生振荡电压时，在间断电压的一个周期内有两个电容电压回摆点，即正电容电压回摆点与负电容电压回摆点。实验3是单向加速电容电压回摆变压器。电容电压回摆变压器可以双向加速，在双向加速电容电压回摆变压器中，间断电压U1与振荡电压U2的电压相位关系如图3所示。
实验3中的铁芯是闭合铁芯。对于非闭合铁芯，电压回摆点的原理与闭合铁芯的原理相同。当初级线圈端口的间断电压对铁芯内的运动电子加速时，由于电子不能在铁芯内作闭合运动，就形成了正电荷与负电荷各占铁芯的一个端口，铁芯内形成了一个电容电场。当初级线圈端口的振荡电压为0时，铁芯内电容电场的电场强度最大，铁芯内电容电场对初级线圈端口的电容器充电；当铁芯内电容电场的电场强度下降时，电容器的电压升高，当铁芯内电容电场的电场强度为0时，电容器的电压最大并形成电容电压回摆点。
(3)在电容电压回摆点后加速的方法当铁芯、初级线圈、电容器形成一个振荡电路时，每一个振荡波形都存在两个电容电压回摆点，当施加在初级线圈端口的间断电压发生在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点时，振荡电路产生的振荡波形在铁芯内不产生损耗。在电容电压回摆点后的加速分为单向加速与双向加速，单向加速指在所有的电压振荡周期内只在正半周的电容电压回摆点后加速或只在负半周的电容电压回摆点后加速；双向加速指在所有的振荡周期内所有的电容电压回摆点后都进行加速，并且正半周与负半周施加在电容电压回摆点后的间断电压的方向相反。
二减小变压器体积的设计方法减小变压器体积指变压器的体积减小后输出功率没有发生变化，或变压器的输出功率增大时而体积没有发生变化。
以实验3为例，设实验3中，初级线圈并联电容器的容量值为C，在初级线圈的端口施加频率为f的间断电压，振荡电压形成的电容电压峰值为U1，铁芯与初级线圈进行能量交换的电流为I1，初级线圈与铁芯进行能量交换的功率为P1，一个周期的时间为t0，有f＝1÷t0C＝Q÷U1C×U1＝QC×U1÷(1÷4×t0)＝Q÷(1÷4×t0)4×C×U1×f＝I1P1＝4×C×U12×f.........................(1)上式中，P1是初级线圈与铁芯的交换功率，设次级线圈的输出功率为P2，有P2的最大值为P1；P2的额定值可取P1的1/6P2的最大值P2＝4×C×U12×f.........................(2)P2的额定值P2＝0.667×C×U12×f.........................(3)由上述公式推导知当电容电压回摆变压器的振荡电压与电容容量为定值时，频率越高功率越大，频率越低功率越小。同理，当振荡电压与频率为定值时，电容容量越大功率越大，电容容量越小功率越小。
设初级线圈与铁芯能量交换的阻抗为R，有P1＝U12÷R由于P1＝4×C×U12×f，有1/R＝4×C×fR＝0.25÷(C×f).........................(4)显然，提高变压器的工作频率等于降低变压器初级线圈与铁芯的能量交换阻抗R，而R与铁芯的几何形状、铁芯的质量、线圈的线径、线圈的匝数、线圈的数量、线圈与铁芯的间距、施加在线圈端口的电压数学相关，要建立起相关的数学关系比较难，即便是建立起数学关系精度也不会高。但是，通过实验的方法可以很方便地降低R值。
降低R值的实验方法1减少初级线圈匝数。尽管R值与线圈匝数非线性相关，但是，只要减少初级线圈的匝数就能降低R值。由于变压器的初级线圈与次级线圈根据使用要求有一定的匝数比，故通过减少线圈匝数来降低R值有一定的范围。
方法2增加初级线圈的数量在铁芯的几何形状、铁芯的质量、线圈的线径、线圈的匝数、线圈的数量、线圈与铁芯的间距、施加在线圈端口的电压不发生变化的前提下，增加初级线圈的数量等于增加了加速电场的数量，也就等于R发生了并联关系。设初级线圈的数量为1时阻抗为R，初级线圈的数量为n时阻抗为Rn，有Rn＝R÷n.........................(5)同理，设初级线圈的数量为1时电容电压回摆变压器的工作频率为f，初级线圈的数量为n时电容电压回摆变压器的工作频率为fn，有fn＝n×f.........................(6)根据fn＝n×f的关系，可以提高变压器的工作频率。
提高变压器额定输出功率的意义是当变压器铁芯的质量为定值时提高变压器的额定输出功率，就相当于变压器的额定输出功率为定值时减小了变压器铁芯的质量。
三电容电压回摆变压器的设计方法电容电压回摆变压器的技术特点及结构特点在初级线圈端口并联电容器形成振荡电路，在振荡电压波形中的电容电压回摆点后施加间断电压，通过间断电压的顺向加速减小变压器铁芯损耗；利用振荡电压的工作频率与变压器输出功率成正比的关系，通过提高变压器的工作频率增大变压器输出功率与铁芯质量的比值，进而减小变压器体积。在电容电压回摆点之后向初级线圈端口施加间断电压，就需要知道电容电压回摆点的位置，这就需要有监测电路实时监测电容电压回摆点；要施加间断电压，就需要有开关电路，通过开关电路实现在初级线圈端口施加间断电压；要控制开关电路的工作频率、间断电压波形、间断电压的峰值，就需要有一个数据处理与控制电路(以下简称数控电路)，数控电路根据监测电路提供的监测信号，向开关电路发出控制信号，控制开关电路工作；监测电路与数控电路的工作环境为低电压直流电，变压器内要有一个直流电路提供直流电；从变压器次级线圈输出的是振荡电压波形，需要有一个整流电路，通过整流电路，使变压器的输出电压为直流电压或交流电压或交流变频电压。
由于电容器的容量、电子元器件的工作电压及工作频率都有一定的适用范围，因此，单独的电容电压回摆变压器的输出功率及输出(输入)电压难以满足工程上的不同应用要求，通过多个变压器进行并联、串联组合，能够满足工程上的不同应用要求。变压器串、并联的特点是变压器输出端口的并联可以组成变压器组，变压器组可以提高输出功率；变压器或变压器组的输出端口可以串联，通过输出端口串联可以提高输出电压；变压器或变压器组的输入端口可以串联，通过输入端口的串联可以降低变压器或变压器组的输入电压。
本发明的特征是在初级线圈端口并联电容器形成振荡电路，在振荡电压波形中的电容电压回摆点后施加间断电压，通过间断电压的顺向加速减小变压器铁芯的损耗；利用振荡电压的工作频率与变压器输出功率成正比的关系，通过提高变压器的工作频率在同等功率下减小变压器的体积；本发明中的变压器由振荡电路、监测电路、数控电路、开关电路、直流供电电路、输出端口整流电路组成；在变压器的工作过程中，直流电路向监测电路和数控电路提供工作电压，监测电路向数控电路提供监测信号，数控电路向开关电路发出电压信号，电压信号控制开关电路，开关电路控制振荡电路的工作，变压器次级线圈输出的高频电压波形经整流电路后输出；采用不同的输出端整流电路，能够实现直流电压输出，能够实现交流电压输出或变频交流电压输出；电容电压回摆变压器可以通过输出端口并联成变压器组，变压器或变压器组的输出端口可以串联，变压器或变压器组的输入端口可以串联；变压器的设计参数要通过实验的方法进行确定，依据实验方法确定元器件的参数范围，变压器在制造过程不再进行参数调试。
(一)电容电压回摆变压器的原理电路及工作过程1单向电容电压回摆变压器的原理电路图4为单向电容电压回摆变压器的原理电路图。
图4所示的变压器的工作过程接通变压器内向监测电路、数控电路供电的直流电路；启动信号监测电路、数控电路工作；数控电路向开关电路发出第一个间断电压控制信号，该电压信号的参数为电压波形、电压峰值、电压波形宽度，电压信号控制开关电路施加在初级线圈端口的电压波形、电流、电压波形的宽度；当初级线圈(或次级线圈)端口出现振荡电压波形时，监测电路监测初级线圈(或次级线圈)端口振荡电压波形的频率、峰值、与间断电压同向的电容电压回摆点；根据监测数据计算第二个电压信号的频率、电压峰值；在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，数控电路向开关电路发出第二个电压信号，电压信号控制开关电路，开关电路控制施加在初级线圈端口的第二个间断电压的波形、电流、电压波形的宽度；向初级线圈端口施加第三个间断电压的方法与施加第二个间断电压的方法相同，之后的工作过程依次类推。当关闭数控电路后，变压器停止工作。
图4所示的变压器输入端口的电压为直流电压。当变压器输入端口的电压为交流电压时，交流电压要经过整流电路，把交流电压转换成半波整流后的单向电压或全波整流后的单向电压。
2双向电容电压回摆变压器的原理电路图5.1、图5.2为双向电容电压回摆变压器的原理电路图。
(1)图5.1所示的变压器的工作过程接通变压器内向监测电路、数控电路供电的直流电路；启动信号监测、数控电路工作；数控电路通过电压信号控制二极管J2关闭、二极管J1开通；数控电路向开关电路K1发出第一个间断电压信号，该电压信号的参数为电压波形、电压峰值、电压波形宽度，通过电压信号，控制开关电路施加在初级线圈端口的电压波形、电压波形宽度及电流；当初级线圈(或次级线圈)端口出现振荡波形时，监测电路监测振荡电压波形的频率、峰值、第一个电容电压回摆点，根据监测数据计算第二个控制信号的频率、电压峰值，在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，数控电路通过电压信号控制二极管J1关闭、二极管J2开通，向开关管K2发出间断电压信号，电压信号控制施加在初级线圈端口的电压波形、电压波形宽度及电流；当监测电路监测到第二个电容电压回摆点时，根据监测数据计算第三个控制信号的频率、电压峰值，在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，数控电路通过电压信号控制二极管J2关闭、二极管J1开通，向开关管K1发出间断电压信号，电压信号控制开关电路施加在初级线圈端口的电压波形、电压波形宽度及电流；向初级线圈端口施加第四个间断电压的方法与施加第二个间断电压的方法相同；向初级线圈端口施加第五个间断电压的方法与施加第三个间断电压的方法相同；之后的工作过程依次类推。当关闭信号监测、数控电路后，变压器停止工作。
(2)图5.2所示的变压器的工作原理接通变压器内向监测电路、数控电路供电的直流电路；启动信号监测、数控电路工作；数控电路通过电压信号控制二极管J3、J4关闭、二极管J1、J2开通；数控电路向开关电路发出第一个间断电压信号，该电压信号的参数为电压波形、电压峰值、电压波形宽度，通过电压信号控制开关电路施加在初级线圈端口的电压波形、电压波形宽度及电流；当初级线圈端口出现振荡波形时，监测电路监测振荡电压波形的频率、峰值、第一个电容电压回摆点，根据监测数据计算第二个电压信号的频率、电压峰值，在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，数控电路通过电压信号控制二极管J1、J2关闭、二极管J3、J4开通，向开关管发出间断电压信号，电压信号控制施加在初级线圈端口的间断电压波形、电压波形宽度及电流；当监测电路监测到第二个电容电压回摆点时，根据监测数据计算第三个电压信号的频率、电压峰值；在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，数控电路通过电压信号控制二极管J3、J4关闭、二极管J1、J2开通，向开关管发出间断电压信号，电压信号控制施加在初级线圈端口的间断电压波形、电压波形宽度及电流；向初级线圈端口施加第四个间断电压的方法与施加第二个间断电压的方法相同；向初级线圈端口施加第五个间断电压的方法与施加第三个间断电压的方法相同；之后的工作过程依次类推。当关闭信号监测、数控电路后，变压器停止工作。
(3)图5.1、5.2所示的变压器输入端口的电压为直流电压。当变压器输入端口的电压为交流电压时，交流电压要经过整流电路，把交流电压转换成半波整流后的单向电压或全波整流后的单向电压。
(二)电容电压回摆变压器的设计内容及设计方法电容电压变压器的设计内容包括振荡电路性能参数设计；开关电路性能参数设计；监测电路监测方法设计；数控电路计算方法与控制方法设计；变压器内直流电路供电方法设计；输出端整流电路设计。
(二.一)振荡电路设计振荡电路设计的已知条件为输入端口的电压类型及电压参数；输出端口的电压类型及电压参数；输出功率。
振荡电路的设计内容为振荡电路的电容器容量值与工作频率设计；电容器管脚截面积设计；初级线圈参数设计；次级线圈参数设计；变压器铁芯品种及规格设计。
在电容电压回摆变压器中，变压器的输入功率与输出功率相等，而变压器振荡电路中通过初级线圈进行能量交换的功率大于变压器的输入功率与输出功率。
变压器额定输出功率为P2，初级线圈能量交换功率为P1，取P1为P2的6倍，由(1)式、(3)式知P1＝4×C×U12×fP2＝0.667×C×U12×f1振荡电路的电容器容量值与工作频率的设计在振荡电路中，当变压器的额定输出功率与振荡电压的峰值为定值时，电容器容量值C与工作频率f的乘积为定值，当确定了电容器的容量值时，可以确定振荡电路的工作频率；反之，当确定了变压器的工作频率时，可以确定电容器的容量值C；数学关系为C＝0.25×P1÷(U12×f)f＝0.25×P1÷(C×U12)或C＝1.5×P2÷(U12×f)f＝1.5×P2÷(C×U12)2电容器管脚截面积设计电容器管脚截面积由通过电容器管脚引线的电流Ic确定，参照(1)式知Ic＝4×C×U1×f
设电容器管脚引线单位截面积的电流为Im，电容器管脚引线的截面积为S，有S＝Ic/Im＝4÷Im×C×U1×f3初级线圈与次级线圈参数设计初级线圈与次级线圈的参数包括初级线圈与次级线圈的匝数、初级线圈与次级线圈的数量、初级线圈的线径、次级线圈的线径。
(1)初级线圈与次级线圈的匝数设计初级线圈的匝数由次级线圈的振荡电压峰值及次级线圈的匝数决定。设次级线圈振荡电压的峰值为U2，次级线圈的匝数为N2，初级线圈的匝数为N1；其中，U1、U2、N2为已知值。有U1÷U2＝N1÷N2N1＝U1÷U2×N2(2)初级线圈与次级线圈的数量设计当初级线圈的匝数为定值、电容器容量为定值及施加在初级线圈端口的间断电压幅值为定值时，初级线圈进行能量交换的阻抗为定值，进行能量交换的功率也就成了定值，设振荡电路的实际电容容量值为C，初级线圈的匝数为定值时，一个初级线圈进行能量交换的实际功率为Px，实际工作频率为fx。当变压器中振荡电路进行能量交换的设计功率为P1，振荡电路的设计工作频率为f时，有P1＝4×C×U12×fPx＝4×C×U12×fxP1、Px的比值为P1÷Px＝f÷fx由于初级线圈进行能量交换的功率与初级线圈的阻抗成反比，因此，每增加一组初级线圈，就等于Px增加了一倍。当初级线圈的数量等于P1/Px时，振荡电路进行能量交换的实际功率与设计功率相等。
设初级线圈与次级线圈的数量为n，有n＝P1÷Px确定n值的方法取一组线圈进行实验，测定fx的实际值，有n＝f÷fx(3)初级线圈的线径设计设初级线圈单位截面积的额定电流为Im，初级线圈的截面积为S1，有S1＝4÷Im×C×U1×f当初级线圈的数量为n时，S1是n个初级线圈截面积的和。
(4)次级线圈的线径设计次级线圈的额定输出电流由变压器的额定输出功率决定，设次级线圈的额定电流为I2，有P2＝0.707×U2×I2I2＝1.414×P2÷U2设次级线圈单位面积的额定电流为Im，次级线圈的截面积为S2，有S2＝I2÷Im＝1.414÷Im×P2÷U2当次级线圈的数量为n时，S2是n个次级线圈截面积的和。
4变压器铁芯品种与规格设计如果变压器的额定功率比较小，应优先考虑采用铁氧体铁芯，铁氧体铁芯具有价格优势；如果变压器的额定输出功率比较大，应优先考虑非晶铁芯或超微晶铁芯，非晶铁芯或超微晶铁芯具有体积小及线圈与铁芯能量交换功率大的优势。铁芯的规格设计应优先考虑线圈的合理布设，原则上初级线圈绕制以只有1层线圈为最好，总层数不宜超过3层，在线圈能够合理布设的前提下，尽量减小变压器铁芯的体积与质量。不需要考虑电磁学中铁芯质量对功率的限制，因为铁芯与电容器通过初级线圈进行能量交换的功率由C×f×U2决定，假设f＝50k时变压器的输出功率与铁芯质量比为1瓦/克，那么f＝500k时变压器的输出功率与铁芯质量比就是10瓦/克，f＝5M时变压器的输出功率与铁芯质量比就是100瓦/克。
(二.二)开关电路的设计方法及设计内容设计方法开关电路分单向电容电压回摆变压器开关电路与双向电容电压回摆变压器开关电路。单向电容电压回摆变压器的开关电路由串联在振荡电路输入或输出端口上的开关管组成，通过控制开关管的开关时间及开关管允许通过的电流，实现由开关管控制间断电压的波形宽度、间断电压的工作频率、间断电压通过初级线圈的电流。双向电容电压回摆变压器的开关电路有开关管及可控制二级管组成，开关管串联在振荡电路的输入端口或输出端口，通过开关电路中的可控制二级管可以改变振荡电路输入端口或输出端口的连接方向，通过开关电路中的开关管可以控制间断电压的波形宽度、间断电压的工作频率、间断电压的电压方向及间断电压通过初级线圈的电流。
开关电路中的开关管可以采用电流控制，也可以采用电压控制，用电压控制的开关管更适用于数控电路直接控制，故开关电路中的开关管尽可能采用电压控制的开关管，如场效应管。
设计内容包括开关管的开关时间、工作频率、额定工作电流。
在开关电路的设计中，变压器的额定输出功率、变压器输入端口的电压值、间断电压的工作频率为已知参数。设振荡电路一个工作周期的时间为t0，一个间断电压的时间宽度为t，开关管的额定电流为Ik，kt＝t/t0在电容电压回摆变压器中，kt是一个确定值，kt可以在设计时选定，也可以在实验过程中选定。
1、单向电容电压回摆变压器中开关电路的设计内容开关管施加在初级线圈端口的间断电压的时间宽度可以小于0.5×t0且大于0.25×t0，变压器在一个周期内的输出功率与开关管施加在初级线圈端口的功率相等，有(1)间断电压在一个周期内的时间宽度范围t0＝1÷f0.25×t0≤t≤0.5×t0(2)开关管的额定电流Ik×U×t＝P2×t0Ik＝t0÷t×P2÷U＝P2÷(kt×U)2双向电容电压回摆变压器中开关电路的设计内容(1)开关电路与振荡电路的连接方向设计。在双向电容电压回摆变压器中，振荡电路在一个周期内有两个电容电压回摆点，施加在振荡电路端口的两个间断电压的方向相反，因此，开关电路与振荡电路的连接方向在一个周期内要发生一次变化。连接方向的变化分为双开关管方向变化与单开关管方向变化。
双开关管方向变化的设计方法外加电压的正极通过两个可控制二极管分别联接振荡电路的两个端口，用两个开关管分别连接振荡电路的两个端口，当两个可控制二极管中的一个二极管开启另一个二极管关闭时，开启的二极管总能与其中的一个开关管形成与振荡电路的串联关系，通过对两个可控制二极管开启、关闭的转换，实现开关电路与振荡电路连接方向的变化。如图5.1所示，当可控制二极管J2关闭、J1开启时，开关管K1与振荡电路形成串联关系；当可控制二极管J1关闭、J2开启时，开关管K2与振荡电路形成串联关系。
单开关管方向变化的设计方法外加电压的正极通过两个可控制二极管分别连接振荡电路的两个端口，在振荡电路的两个端口再分别用两个可控制二极管连接到一个开关管上，通过同时开启两个二极管与同时关闭二个二极管，可以实现开关管与振荡电路连接方向的变化。如图5.2所示，当可控制二极管J1、J2同时开启并J3、J4同时关闭时，开关管与振荡电路形成一个方向的连接关系；当可控制二极管J3、J4同时开启并J1、J2同时关闭时，开关管与振荡电路形成另一个方向的连接关系。
(2)间断电压在一个周期内的时间宽度范围0.25×t0≤t≤0.5×t0(2)开关管的额定电流2×Ik×U×t＝P2×t0Ik＝0.5×t0÷t×P2÷U＝0.5×P2÷(kt×U)(二.三)监测电路设计在电容电压回摆变压器中，监测电路向数控电路提供实时监测数据，数控电路根据监测数据控制开关电路工作，因此，监测电路依据数控电路的要求进行设计。
数控电路有三种功能(1)控制施加在振荡电路端口的间断电压的工作频率及间断电压宽度。(2)控制通过开关电路的工作电流。(3)控制交流变压器的输出波形。
根据数控电路的三种功能，监测电路有三种类型。
1监测振荡电路的工作频率及间断电压的宽度该监测电路的监测数据为电容电压回摆点的发生时间，监测电路的设计位置可以在初级线圈的端口，也可以在次级线圈的端口。
2监测开关电路的工作状态该监测电路的监测数据为振荡电路中振荡电压的峰值或次级线圈中振荡电压的峰值或输出整流后的电压值，该监测电路的设计位置可以在初级线圈的端口，也可以在次级线圈的端口，还可以在变压器次级线圈整流电路后的输出端口。
3监测工频交流输出或变频交流输出监测工频交流输出的监测电路的设计位置在交流变压器的输入端口；监测变频交流输出的监测电路的位置在变压器的输出端口。
监测电路的特征是；所有的电容电压回摆变压器都需要监测初级线圈端口或次级线圈端口的电容电压回摆点发生时间，监测初级线圈端口或次级线圈端口的振荡电压峰值或变压器输出端口的电压值；工频输出交流变压器还需要监测输入端口的交流频率；变频交流输出变压器需要监测变压器输出端口的频率。
(二.四)数控电路设计数控电路可以是一台计算机，也可以是一个单片机，它向开关电路中的开关管及可控制二极管分别输出电压信号；向开关管发出的电压信号的时间宽度控制开关管的开关时间；向开关管发出的电压信号的电压幅值控制开关管允许通过的电流；向可控制二极管发出的电压信号控制振荡电路与开关电路的连接转换。
数控电路的特征是在电容电压回摆变压器中，预置启动参数，由数控电路向开关电路发出启动电压信号，启动振荡电路工作；在振荡电路的工作过程中，数控电路在电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点向开关电路发出电压信号，电压信号控制开关管向振荡电路施加间断电压；数控电路向开关电路发出的电压信号的时间宽度及频率控制振荡电路的工作频率；数控电路向开关电路发出的电压信号的幅值控制振荡电路的能量交换功率及振荡电压的幅值；控制振荡电路的能量交换功率及振荡电压幅值的方法，可以采用恒压输出控制，可以采用曲线电压输出控制，可以采用上限电压输出控制，可以采用上限功率输出控制；当振荡电路采用双向加速时，数控电路要控制可控制二极管的开启与关断，实现振荡电路与开关电路连接方向的适时变换。
1电容电压回摆变压器的启动参数启动参数是数控电路向开关电路发出的第一个电压信号参数，电压信号控制开关电路向初级线圈施加第一个间断电压，间断电压在振荡电路中形成振荡波形。启动参数包括电压信号的宽度、电压信号的波形及电压幅值。
电压信号的宽度设第一个电压信号的时间宽度为t1，振荡电路的设计振荡频率为f，有2×t1＝1÷f电压信号的波形电压信号的波形可以是方波、梯形波、正弦波、三角波、锯齿波等波形。在振荡电路中，以开关电路允许通过的电流为常数，当间断电压的波形由方波变为梯形波、或有梯形波变为正弦波、或有正弦波变为三角波时，变压器振荡电压的峰值减小；当间断电压的波形由三角波变为正弦波、或有正弦波变为梯形波、或有梯形波变为方波时，变压器振荡电压的峰值增大。显然，启动参数的电压信号波形要用实验方法确定，但原则上不采用方波，因为当间断电压的幅值较大时，方波间断电压进行加速容易产生尖脉冲。电压信号的波型一般应采用梯形波或正弦波，梯形波的梯度也要用实验的方法确定。
启动参数的电压信号幅值要用实验的方法确定。
2单向电容电压回摆变压器中振荡电路电压波形的控制方法当变压器输入端口的电压为直流电压时，数控电路限据启动参数向开关电路发出第一个电压信号并控制开关电路向初级线圈端口施加第一个间断电压；当监测到与间断电压同向的电容电压回摆点时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路向开关电路发出第二个电压信号并控制开关电路向初级线圈端口施加第二个间断电压；同理，所有施加在初级线圈端口的间断电压，都要根据监测电路提供的与间断电压同向的电容电压回摆点及已发生的上一个波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，由数控电路向开关电路发出电压信号并控制开关电路向初级线圈端口施加间断电压。
当变压器输入端口的电压为交变电压时，首先要把交变电压用全波整流或半波整流的方法转换成同向半波电压。在单向电容电压回摆变压器中，监测电路监测输入端口整流后的电压相位及振荡电路的电容电压回摆点；当监测电路监测到半波电压的起始点时，根据预置的启动参数，数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加第一个间断电压；当监测电路监测到的电容电压回摆点与整流后的电压同方向时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路向开关电路发出第二个电压信号并控制开关电路向初级线圈端口施加第二个间断电压；同理，所有施加在初级线圈端口的间断电压，都要根据监测电路监测到的与整流后电压同方向的电容电压回摆点及已发生的上一个波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，由数控电路向开关电路发出电压信号并控制开关电路向初级线圈端口施加间断电压；当监测电路监测到输入端口的电压为0时，数控电路停止工作。当监测电路再次监测到半波电压的起始点时，数控电路的工作过程与上述的工作过程相同。
3双向电容电压回摆变压器中振荡电路电压波形的控制方法当变压器输入端口的电压为直流电压时，根据启动参数，数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加第一个间断电压；当监测到反向电容电压回摆点时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路向开关电路中的可控制二极管和开关管分别发出电压信号，通过电压信号关闭或开启可控制二极管进而调整开关管与振荡电路的连接方向，通过电压信号控制开关管向初级线圈端口施加反向间断电压；当监测到正向电容电压回摆点时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路向开关电路中的可控制二极管及开关管分别发出电压信号，通过电压信号关闭或开启可控制二极管进而调整开关管与振荡电路的连接方向，通过电压信号控制开关管向初级线圈端口施加正向间断电压；同理，所有施加在初级线圈端口的间断电压，都要根据已发生的上一个波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，由数控电路控制可控制二极管及开关管向初级线圈端口施加正向或反向间断电压。
当变压器输入端口的电压为交变电压时，首先要把交变电压用全波整流或半波整流的方法转换成同向半波电压。在双向电容电压回摆变压器中，监测电路监测振荡电路的电压和输入端口电压的相位，当监测电路监测到半波电压的起始点时，根据启动参数，数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加第一个间断电压；当监测电路监测到反向电容电压回摆点时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加反向间断电压；当监测到正向电容电压回摆点时，根据监测的已发生波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加正向间断电压；同理，所有施加在初级线圈端口的间断电压，都要根据已发生的上一个波形的工作频率，紧邻电容电压回摆点，由数控电路控制开关电路向初级线圈端口施加正向或反向间断电压；当监测电路监测到输入端口的电压为0时，数控电路停止工作。当监测电路再次监测到半波电压的起始点时，数控电路的工作过程与上述的工作过程相同。
4电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法在电容电压回摆变压器中，由电容器、初级线圈、铁芯组成了振荡电路，在振荡电路中，电容器与铁芯通过初级线圈相互交换能量，振荡电压是进行能量交换的电流与能量交换的阻抗两者的乘积。设电容器与铁芯进行能量交换，初级线圈在进行能量交换时的阻抗为R，在进行能量交换时的电流为I，振荡电压为U1，有U1＝I×R在电容电压回摆变压器中，间断电压或电容电压通过初级线圈对铁芯内的电子加速，铁芯内被加速的电子数量与铁芯的材料性质及铁芯的体积相关，当铁芯的材料及铁芯的体积确定后，铁芯内被加速的电子数量有一个极限值，当铁芯内被加速的电子数量达到极限值时，间断电压或电容电压就无法对铁芯内的运动电子进行加速。当铁芯内的运动电子没有达到极限值时，电容器与铁芯通过初级线圈进行能量交换的电流与开关电路允许通过的电流相关，开关电路允许通过的电流越大，电容器与铁芯通过初级线圈进行能量交换的电流就越大；开关电路允许通过的电流越小，电容器与铁芯通过初级线圈进行能量交换的电流也就越小。
在电容电压回摆变压器中，以铁芯内的运动电子数量没有达到极限值为前提，当开关电路允许通过的电流增大时，进行能量交换的电流增大，振荡电压的峰值就会增大；当开关电路允许通过的电流为常数时，进行能量交换的电流为常数，振荡电压的峰值也就为常数；反之，当开关电路允许通过的电流减小时，进行能量交换的电流减小，振荡电压的峰值就会减小。
在电容电压回摆变压器中，以铁芯内的运动电子数量没有达到极限值为前提，电容器与铁芯通过初级线圈进行能量交换的电流与变压器的输出功率相关，当变压器的输出功率及电容器与铁芯进行能量交换的电流为常数时，振荡电压的峰值为常数；当电容器与铁芯进行能量交换的电流没有发生变化而输出功率增大时，铁芯内用于与电容器进行能量交换的功率减小，铁芯与电容器通过初级线圈进行能量交换的电流减小，振荡电压的峰值减小；当电容器与铁芯进行能量交换的电流没有发生变化而输出功率减小时，铁芯内用于与电容器进行能量交换的功率增大，铁芯与电容器通过初级线圈进行能量交换的电流增大，振荡电压的峰值增大。
在电容电压回摆变压器中，以铁芯内的运动电子数量没有达到极限值为前提，通过控制开关电路的电流可以控制变压器的振荡电压幅值，根据变压器的使用环境及使用要求，可以采用不同的控制方法控制开关电路中的电流。
方法1恒压输出变压器的振荡电压控制方法在变压器中设置监测电路，该监测电路可以设置在初级线圈端口，可以设置在次级线圈端口，也可以设置在变压器的直流或交流输出端口，并设置监测位置的标准电压值，当监测电路向数控电路提供实时监测的实际电压值时，数控电路比较实际电压值与标准电压值的差值，当实际电压值大于标准电压值时，数控电路减小向开关电路提供的电压信号幅值，当实际电压值小于标准电压值时，数控电路增大向开关电路提供的电压信号幅值。
恒压输出的变压器一般情况下适用于小功率、电压稳定性要求高的电子仪器、仪表及一些特殊的电子设备，不应该在一般的大功率电器上使用恒压变压器。由于本发明很容易实现用户变压器的恒压输出，如果大量用户变压器采用恒压输出，电网在用电高峰时的负荷弹性差；除必须使用稳压输出的用户变压器外，大量的用户变压器应该采用与电网电压等比例降压的方式，在用电高峰时，以不损害用户电器安全为前提，适当降低用户电压，也就相应地降低了电网负荷，增强了电网的负荷弹性。
(1)单向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法当监测电路的监测点为次级线圈时，设次级线圈振荡电压的峰值为Ua，次级线圈振荡电压的设计峰值为Ub，k＝Ua÷Ub；当电路监测到次级线圈中与间断电压同向的振荡电压峰值Ua值时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
同理，当监测点为初级线圈时，设初级线圈振荡电压的峰值为Ua，初级线圈振荡电压的设计峰值为Ub，k＝Ua÷Ub；当电路监测监测到初级线圈中与间断电压同向的振荡电压峰值Ua值时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
(2)双向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法双向电容电压回摆变压器在一个周期内有两个电容电压回摆点，有两个开关电路，每一个开关电路控制一个方向上的间断电压。在一个周期内，正方向上的间断电压控制负方向上的电容电压峰值，负方向上的间断电压控制正方向上的电容电压峰值。因此，控制振荡电压的方法为监测所有的电容电压回摆点的峰值，由数控电路控制与该电容电压回摆点相邻的下一个间断电压的电流量。
方法2曲线电压输出变压器控制振荡电压的方法当要求变压器输出电压随时间变化时，在变压器中设置监测电路，监测电路的监测位置可以是初级线圈端口，可以是次级线圈端口，也可以是变压器的输出端口，并设置监测位置的曲线方程为U(t)，监测电路向数控电路提供实时监测的实际电压值，当t＝ti，监测电路向数控电路提供的实际电压值为Ua(i)，由曲线方程U(t)解算的电压峰为Ub(ti)，取k＝Ua(ti)÷Ub(ti)，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
当变压器输入端口的电压为直流电压，输出端口的电压峰值为曲线时，经过整流、滤波后，变压器的输出端能够实现交流电压输出或无级变频交流电压输出。
当变压器输入端口为交流电压，输出端口为曲线峰值电压时，经过整流电路后，曲线电压输出变压器能够实现等频率交流输出。
(1)单向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法当变压器输入端口为直流电压，监测电路的监测位置为次级线圈时，设置次级线圈振荡电压峰值的曲线方程为U(t)，t＝ti时，监测电路监测的次级线圈与直流电压同向的振荡电压峰值为Ua(ti)，由曲线方程解算的次级线圈的电压峰值为Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
同理，当变压器输入端口为直流电压，监测电路的监测位置为初级线圈时，设置初级线圈振荡电压峰值的曲线方程为U(t)，t＝ti时，监测电路监测的初级线圈与直流电压同向的振荡电压峰值为Ua(ti)，由曲线方程解算初级线圈的电压峰值为Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
当变压器的输入端口与输出端口为相同频率的交流电压时，变压器输入端的交流电压要经过整流电路成为同向电压波形，在输入端的整流电路后设置一个监测电路，在次级线圈端口设置一个监测电路，设次级线圈振荡电压峰值的曲线方程为U(t)，U(t)与输入端整流电路后电压波形的相位及频率相同，由输入端整流电路后的监测电路监测电压波形的起始时间，该起始时间作为曲线方程U(t)的频率参数及时间参数，t＝ti时，次级线圈端口的监测电路监测的振荡电压峰值为Ua(ti)，由曲线方程解算的次级线圈振荡电压的峰值为Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
同理，当监测振荡电路中振荡电压的位置在初级线圈的端口时，设初级线圈振荡电压峰值的曲线方程为U(t)，U(t)与输入端整流电路后电压波形的相位及频率相同，输入端整流电路后的监测电路监测电压波形的起始时间，该起始时间作为曲线方程U(t)的频率参数及时间参数，t＝ti时，初级线圈端口的监测电路监测的振荡电压峰值为Ua(ti)，由曲线方程解算的初级线圈振荡电压的峰值为Ub(ti)，k＝Ua(ti)÷Ub(ti)；当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
(2)双向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法双向电容电压回摆变压器在一个周期内有两个电容电压回摆点，有两个开关电路，每一个开关电路控制一个方向上的间断电压。在一个周期内，正方向上的间断电压控制负方向上的电容电压峰值，负方向上的间断电压控制正方向上的电容电压峰值。因此，控制振荡电压的方法为监测所有的电容电压回摆点的峰值，由数控电路控制与该电容电压回摆点相邻的下一个间断电压的电流量。
方法3上限电压输出变压器控制振荡电压的方法当变压器输入端口的电压为直流电压时，在变压器的输入端口设置一个监测电路，设该端口的直流电压值为U，监测电路监测的实时电压值为U0。
当变压器输入端口的电压为交流电压时，交流电压需要经过整流电路变换成同向电压波形，在变压器输入端口的整流电路后端设置一个监测电路，设该端口的交流电压峰值为U，监测电路监测的实时电压峰值为U0。
在初级线圈端口或次级线圈端口设置一个监测电路，设置该端口振荡电压峰值的标准值为Ub，实时监测的振荡电压峰值为Ua；U≥U0时，取k＝Ua÷Ub，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流，当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流，使变压器的输出端口按恒压输出；U＜U0时，取k＝U0/U×Ua÷Ub，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流，当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流，使变压器输出端口按等比例电压输出。
例如一个变压器的输入端为220伏交流电压，交流电压的峰值为310伏，输出端为30伏直流电压，设置变压器输入端口交流电压的峰值电压上限350伏，当输入端的交流电压峰值超过350伏时，输出端按30伏的直流电压输出；当输入端的交流电压峰值为x，x小于350伏时，输出端按x÷220×30伏的直流电压输出。
一般电器上使用的变压器或电网的用户端电力变压器，应该采用上限电压输出。
(1)单向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法设变压器输入端口的直流电压值或交流电压峰值为U，设置输入端口的直流电压或交流电压峰值的标准电压值为U0，次级线圈振荡电压的峰值为Ua，次级线圈振荡电压的设计峰值为UbU≥U0时，取k＝Ua÷Ub，当监测电路监测到次级线圈端口与间断电压同方向的振荡电压峰值Ua时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
U＜U0时，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，当监测电路监测到次级线圈端口与间断电压同方向的振荡电压峰值Ua时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
同理，当监测振荡电路中振荡电压的位置在初级线圈端口时，设初级线圈振荡电压的峰值为Ua，初级线圈振荡电压的设计峰值为UbU≥U0时，取k＝Ua÷Ub，当监测电路监测到初级线圈端口与间断电压同方向的振荡电压峰值Ua时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
U＜U0时，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，当监测电路监测到初级线圈端口的电压Ua值时，计算k值，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
(2)双向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法双向电容电压回摆变压器在一个周期内有两个电容电压回摆点，有两个开关电路，每一个开关电路控制一个方向上的间断电压。在一个周期内，正方向上的间断电压控制负方向上的电容电压峰值，负方向上的间断电压控制正方向上的电容电压峰值。因此，控制振荡电压的方法为监测所有的电容电压回摆点的峰值，由数控电路控制与该电容电压回摆点相邻的下一个间断电压的电流量。
方法4上限功率输出变压器控制振荡电压的方法设置输出功率上限值及输出端口的标准电压值。监测输出端口的电压值及电流值，当输出功率小于设置的上限值时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使变压器按标准电压输出；当输出功率大于设置的上限值时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使变压器的输出功率小于设置的上限值，此时不再考虑输出电压的变化。
电网高压、超高压变压器输入端的功率都有上限，应采用上限功率输出。例如一个正在以50万KW功率发电的发电厂，通过升压变压器向电网输送电能时，它的输出功率上限就是50万KW。上限功率输出变压器的作用用电高峰时把发电厂的电能最大限度的输送出去，用电低谷时在保障发电设备安全的前提下稳定输出电压。
(1)单向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法在变压器的输出端口设置监测电路，监测电路监测输出端口的电压值与电流值。设变压器输出端口的标准电压值为U20，输出功率的上限值为P20，监测电路监测输出端口的实时电压值为U2，实时电流值为I2，有P2＝U2×I2；当P2小于P20时，按照输出端口恒压控制的方法，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，保障输出端口的振荡电压按恒压输出；当P2大于P20时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使输出功率不大于P20，由于减小了输出功率，输出端口的振荡电压值会下降，此时不再考虑输出端口振荡电压的变化。
同理，在输入电路的端口设置监测电路，监测电路监测输入端口的电压值与电流值。设变压器输入端口的上限输入功率为P10，输入端口的标准电压值为U10，监测电路监测输入端口的实时电压值为U1，实时电流值为I1，有P1＝U1×I1；当P1小于P10时，按照输入端口恒压控制的方法，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，保障输入端口的振荡电压按恒压输出；当P1大于P10时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使输入功率不大于P10，由于减小了输入功率，输入端口的振荡电压值会下降，此时不再考虑输入端口振荡电压的变化。
(2)双向电容电压回摆变压器控制振荡电压的方法双向电容电压回摆变压器在一个周期内有两个电容电压回摆点，有两个开关电路，每一个开关电路控制一个方向上的间断电压。在一个周期内，正方向上的间断电压控制负方向上的电容电压峰值，负方向上的间断电压控制正方向上的电容电压峰值。因此，控制振荡电压的方法为监测所有的电容电压回摆点的峰值，由数控电路控制与该电容电压回摆点相邻的下一个间断电压的电流量。
方法5电容电压回摆变压器通过间断电压波形控制振荡电压的方法通过间断电压的波形控制振荡电压的原理与通过电流控制振荡电压的原理相同。通过电流控制振荡电压的原理是在保持间断电压波形不变的前提下，改变间断电压的电流值，也就改变了初级线圈与铁芯交换能量的功率，因而也就改变了振荡电压。通过间断电压的波形控制振荡电压的原理是在保持电流不变的前提下，改变间断电压的波形，也就改变了初级线圈与铁芯交换能量的功率，因而也就改变了振荡电压。
间断电压的波形可以是方波、梯形波、正弦波、三角波、锯齿波等波形。当开关电路允许通过的电流不发生变化，间断电压的波形由方波变为梯形波、或有梯形波变为正弦波、或有正弦波变为三角波时，变压器振荡电压的峰值减小；间断电压的波形由三角波变为正弦波、或有正弦波变为梯形波、或有梯形波变为方波时，变压器振荡电压的峰值增大。
(二.五)电容电压回摆变压器内部的直流供电电路设计电容电压回摆变压器内部的直流供电电路向监测电路、数控电路提供低电压直流电，供电电路可以根据需要采用不同的方法。
方法1用电容分压电路直接供电由于变压器内部直流电路的功率较小，可以从变压器的输入端口经电容分压的方式获取。当变压器的输入电压为直流电时，直流电路由电容分压电路、稳压电路组成。当变压器的输入电压为交流电时，直流电路由整流电路、电容分压电路、稳压电路组成。
电容分压电路由两个串联的电容器组成，设变压器模块输入端口的有效电压为U0，两个电容器的容量值分别为C1、C2，从C1的两个端口分压，分压的有效值为Ua，有(U0-Ua)/Ua＝C1/C2.........................(7)例当U0＝220伏，Ua＝15伏，C1＝1微法时，C2＝0.073微法，其中，C1的耐压值要大于45伏，C2的耐压值要大于450伏。
当变压器输入端口的电压为直流电压时，图6.1为电容分压电路原理图。当变压器输入端口的电压为交流电压时，图6.2为电容分夺电路原理图。
图6.1、图6.2所示的的工作方式为当变压器输入端接通电源后，经过电容分压、滤波、稳压后，直流电压施加在数控电路、监测电路端口。其中，分压电路中的二极管能够隔离电容分压输出后滤波、稳压电路及监测、数控电路中的容抗对分压电路的影响。
方法2用电容分压启动，用变压器次级线圈供电当变压器输入端接通电源后，经过电容分压、滤波、稳压后，直流电压施加在数控电路、监测电路端口；数控电路启动变压器工作；变压器工作后，从次级线圈2输出的振荡电压经整流、滤波电路后，施加在数控电路、监测电路端口；数控电路控制集电器1断开电容分压电路。其中，次级线圈2是一个独立的线圈。
特别说明只允许分压电容接在整流电路的后端，不允许分压电容接在整流电路的前端。分压电容接在整流电路的后端时，电容与交流电电网形成了隔离；分压电容接在整流电路的前端时，电容与交流电电网形成了并联；当电容与交流电电网并联时，会对交流电电网的安全运行造成威胁。
电容分压只适用于低电压的情况。当变压器输入端口的电压为高电压时，变压器内的直流电路应采用其他方式的电路。
方法3用电阻分压启动，用变压器次级线圈供电从变压器的输入端口用电阻分压，经整流、稳压后向检测电路、数控电路提供直流电，启动变压器工作。当变压器工作后，从变压器的次级线圈输出交变电压，该线圈与变压器的输出线圈隔离，经整流、稳压后向检测电路、数据计算与控制电路提供直流电，并同时切断变压器输入端口的电阻分压电路。
方法4从变压器外部用独立电源向变压器内部提供直流电。
(二.六)电容电压回摆变压器输出端口整流电路的设计电容电压回摆变压器次级线圈输出端口输出的是高频振荡电压，当要求变压器输出端口输出的是直流电压或交流电压或交流变频电压时，需要在次级线圈的端口连接整流电路，该整流电路称为输出端口整流电路。
1直流输出变压器输出端整流电路的设计方法直流输出变压器输出端整流电路有两种设计方法1整流、滤波方法在变压器次级线圈的端口连接整流、滤波电路，变压器次级线圈输出的高频振荡电压经整流、滤波后能够实现直流输出。
方法2异相位并联方法在变压器次级线圈的输出端口连接整流电路，把两个以上相同变压器的整流电路输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出直流电压。
2交流输出或变频交流输出变压器输出端整流电路的设计方法电容电压回摆变压器要实现交流输出或变频交流输出，需要通过整流电路把变压器次级线圈端口的高频振荡电压转换成电压峰值曲线为交流或变频交流电压，再通过异相位并联方法实现交流输出或变频交流输出。
交流输出或变频交流输出的整流电路有两种设计方法1一个整流桥进行交流输出或变频交流输出的方法在电容电压回摆变压器次级线圈的输出端口连接一个整流桥，在整流桥的每个输出端口连接两个可控制二极管，两个可控制二极管分别连接到变压器的输出端口，通过控制四个二极管的开通与关断，能够实现电压峰值曲线按交流电压或变频交流电压的模式输出。图7.1为整流电路的原理电路图。
方法1中数控电路的控制方法设置电容电压回摆变压器的输出电压峰值曲线方程，该曲线方程一般为正弦波，当变压器工作时，关闭二极管J5、J6，开通二极管J7、J8，变压器输出端的电压峰值曲线为正半周输出；关闭二极管J7、J8，开通二极管J5、J6，变压器输出端口的电压曲线为负半周输出。
方法1中的异相位并联方法一个变压器只能达到电压峰值曲线按交流电压或变频交流电压的模式输出，不能实现交流电压或变频交流电压输出。用一个数控电路控制多个相同的电容电压回摆变压器，多个变压器中的振荡电路工作频率相同，振荡电路中振荡电压的峰值相同，但振荡电压的相位不同，把两个以上相同变压器的整流桥输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出交流电压或变频交流电压。
方法2两个整流桥进行交流输出的方法在电容电压回摆变压器次级线圈的输出端口并联两个整流桥，两个整流桥输入端口反向并联，在两个整流桥的输出端口分别取一个极性相反的端口并联成一个端口，剩余的两个端口各连接一个可控制二极管后并联成一个端口，由数控电路控制两个可控制二极管的开通与关断，能够实现电压峰值曲线按交流电压的模式输出。图7.2为整流电路的原理电路图。
方法2中数控电路控制整流电路的方法设置电容电压回摆变压器的输出电压峰值曲线为正弦波，变压器工作时，当数控电路控制二极管J6关闭，二极管J5开通时，变压器输出端口的电压曲线为正半周输出；当数控电路控制二极管J5关闭，二极管J6开通时，变压器输出端口的电压曲线为负半周输出。
方法2中的异相位并联方法一个变压器只能达到电压峰值曲线按交流电压或变频交流电压的模式输出，不能实现交流电压或变频交流电压输出。用一个数控电路控制多个相同的电容电压回摆变压器，多个变压器中的振荡电路工作频率相同，振荡电路中振荡电压的峰值相同，但振荡电压的相位不同，把两个以上相同变压器的整流桥输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出交流电压或变频交流电压。
特别说明方法1、方法2中，当多个变压器并联时，只允许在整流桥的输出端口关联，不允许在整流桥的输入端口并联。
(二.七)设计电路板设计电路板时要考虑电路板上的连接线通过的电流量，如果电路板上的连接线不能满足通过的电流要求，应考虑直接用导线连接。
四电容电压回摆变压器输出端并联的设计方法当变压器的输出端相并联时，各个变压器必须是独立的电压源，独立的电压源相互之间不相关、不影响。
当多个变压器相并联时，如果各个变压器的输出电压不相等，并联后的输出电压是电压最高的变压器的输出电压，并联后的输出功率是电压最高的变压器的输出功率；如果各个变压器输出的是直流电压并且各个变压器输出的直流电压相等时，并联后的输出功率是各个变压器输出功率之和；如果各个变压器输出的是交流电压并且各个变压器输出的交流电压的频率、峰值、相位相同时，并联后的输出功率是各个变压器输出功率之和；如果各个变压器输出的是交流电压并且各个变压器输出的交流电压的频率、峰值相同而相位不相同时，并联成的变压器组为异相位变压器组，异相位变压器组输出的电压曲线为各个相并联变压器振荡电压的峰值曲线，异相位变压器组的输出功率为其中一个变压器的峰值电压与该变压器额定电流的乘积。
如果变压器并联的目的是为了提高输出功率，相并联的各个变压器的输出电压必须实时相等；当变压器的输出端口为直流电压时，各个变压器输出的直流电压应相等；当变压器输出端口的电压为交流电压时，各个变压器输出的交流电压的频率、相位、峰值应相等。多个变压器输出端并联时，各个变压器的输出功率可以不相等，如变压器1的输出功率为5KW、变压器2的输出功率为10KW、变压器3的输出功率为20KW、变压器4的输出功率为30KW，四个变压器的输出端口并联后的输出功率为65KW。由于各个变压器的输出电压不可能绝对相等，为了保障并联后的输出功率等于各个变压器输出功率之和，需要对各个变压器的监测电路进行标定，使各个变压器的输出电压相互之间的误差小于一定的范围，并利用电容电压回摆变压器自身的调节功能，实现在负荷状态下各个变压器的输出电压相等。
如果电容电压回摆变压器并联的目的是为了输出直流电压，把各个变压器的次级线圈经过整流电路后进行并联，当各个变压器的频率及电压峰值相同而相位不相同时，并联后能够输出直流电压或交流电压或交流变频电压；异相位变压器组可以采用二个变压器并联、四个变压器并联、八个变压器并联的方式，多个变压器并联时，要求各个变压器的工作频率相同、电压峰值相等，但相位不相同；当两个变压器并联时，两个变压器相位相差90°；当四个变压器并联时，第一个变压器与第二个变压器相位相差45°，第二个变压器与第三个变压器相位相差45°，第三个变压器与第四个变压器相位相差45°；同理，当八个变压器并联时，相位相差25°；当通过变压器并联输出直流电压时，输出功率等于一个变压器振荡电压的峰值与额定输出电流的乘积。
如果电容电压回摆变压器并联的目的是为了输出单相交流电压或单相交流变频电压，把各个变压器的次级线圈经过整流电路后进行并联，由变压器内的数控电路控制次级线圈输出的振荡电压峰值曲线，当同一时间各个变压器的频率及电压峰值相同而相位不相同时，并联后能够输出单相交流电压或单相变频交流电压。
如果电容电压回摆变压器并联的目的是为了输出三相交流电压或三相变频交流电压，先要把电容电压回摆变压器分别并联成三个变压器组，每个变压器组能够输出单相交流电压或单相变频交流电压，再把三个变压器组的输出端口按三角形联接的方式进行联接，当每个变压器级输出的交流电压或交流变频电压的频率、电压峰值相同不相同，并且每一个变压器组与第二个变压器组、第二个变压器组与第三个变压器组、第三个变压器组与第一个变压器组的相位分别相差120°时，能够实现三相交流电压或三相变频交流电压输出。图8为三个变压器组输出端连接方法的示意图。
电容电压回摆变压器输出端并联时需要有一个数据处理与控制电路(以下简称变压器组数控电路)，变压器组数控电路要能够标定各个变压器中的监测电路，要能够依次启动各个变压器，要能够控制每个变压器的工作状态，要能够控制每一个电容电压回摆变压器的振荡频率与相位，要能够控制变压器组的输出电压。
电容电压回摆变压器输出端并联的特征是在多个电容电压回摆变压器整流输出电路的后端进行并联组成变压器组，在变压器组输出端口设置一个终端监测电路，终端监测电路实时监测输出端口的直流电压或交流波形，在变压器组中设置一个变压器组数控电路，终端监测电路向变压器组数控电路提供实时监测数据；利用终端监测电路提供的数据，变压器组数控电路对每个变压器中的监测电路进行标定；在变压器组启动时，变压器组数控电路控制各个变压器间隔一定的时间逐次启动；在变压器工作时，变压器组数控电路根据各个变压器数控电路提供的工作参数，控制变压器工作的数量；根据设计目标，在数控电路的控制下，相并联的变压器输出的总功率能够等于各个变压器输出功率之和；在数控电路的控制下，相并联的变压器能够输出单项交流电压或单项变频交流电压，能够输出三相交流电压或三项变频交流电压。
1变压器中监测电路的标定方法标定方法设有m个变压器并联成变压器组，变压器组输出端的直流电压或交流电压峰值为Ua，设置一个输出端监测电路，监测变压器的输出电压Ua。
(1)在变压器组的输出端口加负载，负载功率小于变压器组中任一变压器的额定输出功率。
(2)由变压器组数控电路启动变压器1工作，输出端监测电路向变压器组数控电路传输输出端的电压数据，变压器组数控电路指示变压器1内的数控电路控制开关管允许通过的电流，使变压器1输出的直流电压或交流电压峰值恒为Ua当变压器1工作至少半个小时，变压器1的输出电压恒为Ua时，变压器1中的数控电路向变压器组数控电路传输变压器1的振荡电压Ua1，Ua1的数据要有足够大的数量并取平均值。在完成上述工作后关闭变压器1(3)由变压器组数控电路启动变压器2T作，重复变压器1的工作步骤，在变压器2的输出端口的直流电压值或交流电压峰恒为Ua时，变压器2中的数控电路向变压器组数控电路传输变压器2的振荡电压Ua2，之后关闭变压器2按照同样的步骤取得变压器3的数据Ua3，变压器4的数据Ua4，直至变压器m的数据Uam(4)标定结果当变压器组输出端的直流电压或交流电压的峰值为Ua时，变压器1、变压器2、变压器3至变压器m内的振荡电压分别为Ua1、Ua2、Ua3......Uam当变压器组输出端的直流电压或交流电压的峰值为Ub，可近似认为变压器1、变压器2、变压器3至变压器m内的振荡电压分别为Ub1、Ub2、Ub3......Ubm相互关系为Ua1/Ub1＝Ua2/Ub2＝Ua3/Ub3＝......＝Uam/Ubm＝Ua/Ub2变压器逐次启动的方法变压器组启动时，要采用各个变压器依次启动的方法。
指定一个变压器首先启动，如果各个变压器的额定输出功率不相等，要指定额定输出功率最大的变压器为第一个启动变压器，其余变压器按额定输出功率从大到小的顺序并间隔一定时间依次启动。设变压器的数量为m，变压器一个周期时间为t0，第i个变压器与上一个变压器的启动间隔为ti，有ti＝t0+1/4×(i-1)/m×t0。例如变压器组有4个变压器，变压器一个工作周期的时间为10微秒，则第二个变压器的启动间隔时间为10.625微秒，第三个变压器的启动间隔时间为11.25微秒，第四个变压器的启动间隔时间为11.975微秒。
3变压器组工作状态的控制方法变压器组工作时，变压器组的额定输出功率与变压器组的实际输出功率不一定相等，当变压器组的实际输出功率小于变压器组的额定输出功率时，应该关闭变压器组内的部分变压器；当变压器组内的每个变压器的实际输出功率大于每个变压器的额定输出功率时，应该启动部分已经关闭的变压器。变压器组要能够根据它的实际输出功率与额定输出功率的差值控制变压器组的工作状态。
变压器组工作状态的控制原理当变压器的额定输出功率为X1，变压器组实际输出功率为Y1时，变压器组的额定输出功率与实际输出功率的差值为X1-Y1，当差值约等于变压器组中额定输出功率最小的变压器时，变压器组数控电路就关闭该变压器；关闭一个额定功率等于Z1的变压器后，变压器组的实际额定输出功率为X2，X2＝X1-Z1，当变压器组的实际输出功率为Y2时，变压器组的额定输出功率与实际输出功率的差值为X2-Y2，根据X2-Y2的正负符号及绝对值决定是开启或关闭某一个变压器；但无论关闭多少变压器，变压器组最少要有一个变压器工作。例如一个变压器组有4个变压器，变压器1、变压器2、变压器3、变压器4的额定输出功率分别为5KW、10KW、20KW、30KW，变压器组的额定输出功率为65KW；当变压器组的实际输出功率为60.5KW时，变压器组数控电路就关闭变压器1的工作；当变压器组的实际输出功率为54KW时，变压器组数控电路就关闭变压器2、并启动变压器1工作；当变压器组的实际输出功率为5KW时，变压器组数控电路就只允许变压器1工作；当变压器组的实际输出功率为0.05KW时，变压器组仍然要保证变压器1工作。
变压器组工作状态的控制方法每一个变压器的实际输出功率与该变压器中用于控制开关管的电压信号幅值相关，当变压器的实际输出功率增大时，数控电路增大控制开关管的电压信号幅值；当变压器的实际输出功率减小时，数控电路减小控制开关管的电压信号幅值。在变压器组中，设置每一个变压器在额定输出功率时用于控制开关管的电压信号的幅值参数，变压器组工作时，各个变压器中用于控制开关管的电压信号参数实时传送给变压器组数控电路，当各个变压器用于控制开关电路的电压信号幅值小于设定值时，变压器组数控电路关闭一个或数个变压器，但至少要保证一个变压器工作，当各个变压器用于控制开关电路的电压信号幅值大于设定值时，变压器组数控电路开启一个或数个变压器，直至开启全部变压器工作。
4变压器组输出电压的控制方法变压器组输出电压的控制方法，一般应采用上限电压输出变压器控制振荡电压的方法。设变压器组输入端的设置电压为U0，输入端的实际工作电压为Ux；其中Ux为监测电路监测到的实时电压值。
(1)Ux≥U0时的电压控制方法变压器组中，当第i个变压器中监测电路监测的实时电压值为Ubi，取k＝Ubi/Uai，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
(2)Ux＜U0时的电压控制方法Ux＜U0时，还应该设置Ux/U0的下限值，当Ux/U0小于下限值时，取Ux/U0的值为下限值。
变压器组中，当第i个变压器中监测电路监测的实时电压值为Ubi，取k＝Ux÷U0×Ubi÷Uai，当k大于1时，在相邻的后一波形中，减小开关电路允许通过的电流；当k小于1时，在相邻的后一波形中，增大开关电路允许通过的电流。
5在变压器组中，每个变压器的输入端与输出端隔离，变压器与变压器间相互隔离，变压器与变压器组数控电路相互传送信号或数据的通道隔离。
五电容电压回摆变压器或变压器组输出端串联的设计方法当变压器的输出端与输入端隔离时，每一个变压器的输出端口就构成了一个独立的电压源，多个变压器的输出端口可以串联；同理，当变压器组的输出端口构成独立的电压源时，多个变压器组也可以串联。
变压器或变压器组串联时，变压器或变压器组输出端口的电压为直流电压或同相位的交流电压，通过输出端串联提高输出功率及输出电压。
变压器或变压器组输出端串联时，各个变压器或各个变压器组的输出电流相同；当相串联的各个变压器或变压器组的额定输出电流不相等时，串联后的输出电流为额定输出电流最小的变压器或变压器组的额定输出电流。
变压器或变压器组能够输出足够大的功率及足够高的电压，一般不需要输出端口再次串联，但是，当要求变压器或变压器组的输出电压特别高时，就需要采用输出端串联的方法。显然，变压器或变压器组输出端口串联主要应用于高压或超高压的直流或交流电输送。
变压器或变压器组输出端口串联时，需要有一个数据处理与控制电路(以下简称数控中心)对多个变压器或变压器组进行管理，各个变压器或变压器组的数控电路向数控中心传输工作参数，由数控中心向各个变压器或变压器组分别发出控制工作的参数。
六电容电压回摆变压器或变压器组输入端串联的设计方法在电容电压回摆变压器中，振荡电路中的电容器与开关电路中的开关管都有电压限制，当变压器输入端的电压高于电容器与开关管的要求电压时，变压器就无法工作。为了使变压器能够工作，就需要把高电压变换成变压器能够工作的低电压。多变压器或变压器组输入端串联的目的就是降低输入端的电压，设变压器或变压器组输入端的电压为U，变压器或变压器组的串联数量为N，每个变压器或变压器输入端口的电压为Uj，有Uj＝U/N当Uj能够满足变压器或变压器组输入端口的工作电压要求时，多个变压器或变压器组输入端串联后就能够在高电压下进行工作。
电容电压回摆变压器的输入端口串联时，相串联的各个变压器中的开关管同时开启与同时关闭，通过各个变压器输入端口的电流相同，各个变压器工作时的振荡频率相同；当各个变压器的输入端口与输出端口隔离时，各个变压器的输出端口可以进行串联与并联的组合，即各个变压器的输出端口可以全部并联，也可以并联成几个组，并联组再进行串联。
变压器或变压器组输入端口串联时，需要有一个数据处理与控制电路(以下简称数控中心)对多个变压器或变压器组进行管理，各个变压器或变压器组的数控电路向数控中心传输工作参数，由数控中心向各个变压器或变压器组分别发出控制工作的参数。
变压器或变压器组输入端口串联时，每个变压器或变压器组的输入端与输出端隔离；变压器与变压器相互隔离；变压器或组数控电路、数控中心的信号或数据传输通道相互隔离。
七电容电压回摆变压器设计过程中的实验内容及实验方法实验目的通过实验，检验并完善设计方案。
实验内容工作频率实验；输出功率实验；控制电路程序调试实验；元器件指标误差实验；性能参数实验等内容。
实验方法1变压器工作频率实验的方法根据设计的工作频率、选定的振荡电路电容、设计的初级线圈及初级线圈的匝数，通过实验确定变压器的工作频率，确定的工作频率应大于设计的工作频率。方法振荡电路与一个开关管连接成一个简单电路，端口电压采用直流低电压，如25V的直流电压，次级线圈悬空，用信号源的信号波形控制开关管工作，用示波器观测初级线圈端口及次级线圈端口的电压波形，通过信号源的扫描功能，找出初级线圈数量为1时能够形成电容电压回摆点的工作频率；如果工作频率达不到设计要求，初级线圈与初级线圈的数量增加到2个，在线圈数量为1时工作频率的两倍点附近，通过信号源的扫描功能，找出形成电容电压回摆点的工作频率；如果工作频率仍达不到设计要求，再次增加初级线圈与次级线圈的数量，只到达到实验要求时为止。
变压器工作频率实验时进行的调整在进行工作频率实验时，对铁芯的型号进行调整，在保证工作频率满足要求和合理绕制线圈的前提下，调整铁芯型号，使铁芯的体积最小。调整还包括铁芯材料的调整，把铁氧体铁芯调换成非晶铁芯或超微晶铁芯能提高工作频率。
变压器工作频率实验时的注意事项开关管允许通过的电流要选择一个合适值，既不能太大，又不能太小，上下有调整余量；振荡电路的电容引脚截面积要能满足工作电流的要求；线圈的数量只能从1逐次增加并逐次实验；线圈数量大于2时，要采用平行、等距绕制，使不同线圈的相同匝与铁芯等距，不允许不同线圈绞绕；变压器的工作参数与采用的控制信号波形相关，推荐采用梯形波。
2变压器输出功率实验输出功率实验分部分电路实验与变压器实验。部分电路实验是在完成变压器工作频率实验后，对该部分电路进行输出功率实验，测量最大输出功率，测量额定输出功率。变压器实验是在变压器内的全部电路都能工作时，测量输出功率。
3控制电路的程序调试实验变压器在零负载、额定负载、最大负载三种情况下进行程序调试，通过调试实验，保证变压器在三种情况下都能正常启动、正常工作。
4变压器内元器件指标误差实验所有的元器件实际性能指标与标称性能指标都存在误差。指标误差实验分重要元器件的指标误差实验与一般元器件的指标误差实验。
在变压器中，振荡电路的电容器与铁芯是两个重要元器件，通过实验确定电容器与铁芯的指标分别允许的正误差与负误差。方法在允许的误差范围内，当电容器与铁芯同时为指标正误差、同时为指标负误差、电容器指标正误差与铁芯指标负误差、电容器指标负误差与铁芯指标正误差四种情况时，变压器能够正常工作。
除重要元器件外的元器件为一般元器件，在作完重要元器件的指标误差实验后，再作一般元器件的指标误差实验。通过指标误差实验，确定变压器内所有元器件的标称指标及标称指标允许的正负误差范围。
5变压器的性能参数实验变压器的所有性能参数都要进行实验。
八变压器的生产制造方法变压器的工作参数全部由程序控制，在生产过程中没有电路调整参数，故生产制造方法比较简单，只要严格筛选元器件，保证所有元器件的指标误差在允许的误差范围内，生产出来的产品就是合格的产品。
图1是LC谐振电路电压波形的相位图，其中，U0是施加在初级线圈端口的间断电压，U1是初级线圈端口形成的振荡电压，特点是U0与U1在同一时间发生，振荡波形对称。
图2是单向电容电压回摆变压器中间断电压与振荡电压的相位图，其中，U0是施加在初级线圈端口的间断电压，U1是初级线圈端口形成的振荡电压，特点是U0发生在U1产生的电容电压回摆点之后，振荡波形不对称。
图3是双向电容电压回摆变压器中间断电压与振荡电压的相位图，其中，U0是施加在初级线圈端口的间断电压，U1是初级线圈端口形成的振荡电压，特点是U0发生在所有的电容电压回摆点之后，振荡波形对称。
图4是单向电容电压回摆变压器原理电路图，用两个方框分别表示监测电路与数控电路，其中，监测电路引出的带箭头线表示监测电路监测的位置或监测电路的监测信号(或监测数据)传输方向，变压器内的直流电路用箭头表示它施加的位置，数控电路引出的带箭头线表示它发出的电压信号指向的位置。图4中外加电压用直流电压表达，当外加电压为交流电压时，要经过整流电路使它成为单向电压。
图5.1是双向电容电压回摆变压器一个类型的原理电路图，J1、J2、J3、J4相当于开关，但这样的开关用集电器表达不合适，用开关管表达也不合适，本发明中用可控制二极管表达，表示它能够象二极管一样单向导通，又能够在电压信号的控制下关断。图5.1中的外加电压用直流电压表达，当外加电压为交流电压时，要经过整流电路使它成为单向电压。
图5.2是双向电容电压回摆变压器另一个类型的原理电路图。
图6.1是直流电压电容分压的原理电路图，本电路适用于分压后输出功率较小的情况。图中的二极管用于容抗隔离。
图6.2是交流电压电容分压的原理电路图。特别说明分压电路只能在整流电路的后端，不允许在整流电路的前端。
图7.1是交流变压器或变频交流变压器输出端整流电路的一种类型，图中的可控制二极管由数控电路控制。
图7.2是交流变压器或变频交流变压器输出端整流电路的另一个类型。
图8是三相交流变压器或三相变频交流变压器输出端口的联接方法，用方框分别表达三个频率及电压幅值相同而相位相异的单向交流变压器或单向变频交流变压器。
有益效果与传统的变压器设计生产技术相比，本发明的有益效果为一采用电容电压回摆点后进行顺向加速，能有效地减小变压器的损耗。电容电压回摆变压器利用铁芯内运动电子的方向变换进行同方向加速，避免了逆方向加速时部分电子碰撞产生的能量损耗，在一定条件下，可以使变压器铁芯的损耗忽略不计。
在本发明中，变压器的损耗主要由电子元件中的二极管效应产生，每个二极管的损耗为P＝0.7×I瓦特，I为通过二极管的电流。显然，这样的损耗非常小，无论是电子变压器还是电力变压器，采用一般的散热片并风冷散热技术即可满足使用要求。
减小变压器铁芯损耗有两个优点(1)节省电能。(2)降低变压器的制造成本，如电力变压器可以不再用油降温，进而简化生产工艺，降低制造成本。
二变压器内振荡频率采用高频率，能有效地减小变压器的质量。变压器的输出功率与变压器的线圈和铁芯进行能量交换的功率相关，变压器线圈和铁芯进行能量交换的功率与工作频率成正比，提高变压器的工作频率能有效地减小变压器铁芯的质量。
电力变压器的工作频率一般为工频，采用电容电压回摆变压器可以把工频频率提高几百倍甚至几千倍，因而可以有效地减小变压器铁芯的质量。
电子变压器工作频率一般较高，但由于电子变压器采用LC谐振原理，铁芯内的能量损耗不可避免，铁芯内的能量损耗与功率成正比，为了保障变压器的正常工作，采用LC谐振原理的变压器输出功率与铁芯质量有一定的比例。本发明中的电容电压回摆变压器有效地避免了铁芯的能量损耗，因而，它的输出功率不受铁芯质量限制。
三电容电压回摆变压器作为直流电源时，与现有的开关电源相比具有以下优点(1)铁芯损耗小。(2)铁芯体积小。(3)变压器不会产生尖峰波形，输出的直流电压纹波小。(4)可以零负载运行。(5)能自动调整输出电压，有稳压效果；能根据负载变化自动调整输入功率，使负载功率与工作功率随时能够自动随动。(6)生产工艺简单，生产过程中不需要对产品参数进行调试。
四电容电压回摆变压器或变压器组作为变频变压器时，与现有的变频变压器相比有以下优点(1)铁芯损耗小。(2)铁芯体积小。(3)无级变频。(4)可以零负载运行。(5)根据负载变化自动调整输入功率。(6)生产过程中不需要对产品参数进行调试。
五电容电压回摆变压器输入端口或输出端口进行串联、并联时，有以下优点通过变压器或变压器组输出端的并联、串联，能使变压器的输出功率无限制扩展，能使变压器的输出电压无限制扩展；通过变压器或变压器组输入端的串联能把高电压降为低电压。
在电力输送网络中，与现有的电力变压器相比，电容电压回摆变压器输入端口或输出端口进行串、并联具有以下优点(1)在技术上能够实现高压、超高压的升压与降压。(2)生产工艺简单，生产过程中不需要对产品参数进行调整。(3)体积小。(4)使用、管理、维护方便。电力升压变压器可以由变压器组输出端串联组成；电力降压变压器可以由变压器组输入端串联，输出端并联、串联组成；电力变压器由变压器内数控电路、变压器组数控电路、数控中心三级控制，能根据负载变化自动调整输入端的功率；个别变压器发生故障不影响变压器的正常工作。(5)设备成本低。(6)容易实现直流高压、超高压输送电力；直流高压、超高压输送电力对环境的电磁污染小；与现有的直流高压、超高压输送方法相比建设、改造的成本低。
实施方式本发明中的变压器设计方法属数值产品的设计方法，它根据产品的功能要求设计产品，用程序控制产品的工作，因此，当设计参数确定后，没有最优设计方案，就象一个同型号的电脑，它的工作参数相同时，参数设计方案没有最优，而反映电脑质量的只能是与工作参数设计没有直接关系的硬件质量的优与劣。
本发明中变压器的设计方法是以图4、图5.1、图5.5两种基本方式为基础，经输出端整流电路后能够实现直流电压、交流电压、变频交流电压输出，经串联、并联组合后可以满足不同的工程要求。设计方法体现的是数值化与模块化。
一直流输出变压器的设计方案直流输出变压器在工程上称为直流电源。
1小功率直流电源的设计方法小功率直流电源用于电脑、电视机等家电产品及电子仪器、仪表方面。
对于电脑、电视机等家电产品，推荐采用图4所示的电路，用稳压输出的方法控制振荡电压的波形，输入端用一个全波整流桥，内部直流电路在整流桥后直接用电容分压，输出端整流电路采用整流桥后用电容滤波。特点是体积小、损耗小、成本小、制造简单、性能优于现有的开关电源。
对于电子仪器、仪表类，推荐采用图5.1或图5.2所示的基本电路，用稳压输出的方法控制振荡电压的波形，当输入端的电压为交流电压时，用整流滤波的方法转换成直流电压，内部直流电路采用电容分压启动、次级线圈2供电的方法，输出端整流电路采用整流桥后用电容滤波。特点是输出的直流电压漂移小，纹波小，性能不低于现有的线性电源。
2大功率直流电源的设计方法(1)输入端为直流电压的大功率直流电源的设计方法推荐采用两个变压器输出端整流桥后进行并联，两个变压器的工作频率相等、振荡电压的幅值相等，相位相差90°相并联的变压器推荐采用图5.1或图5.2所示的基本电路，用上限电压输出的方法控制振荡电压的波形，内部直流电路采用电容分压启动、次级线圈2供电的方法，输出端采用全波整流桥。
(2)输入端为工频交流电压的在大功率直流电源的设计方法1推荐采用两个变压器输出端整流桥后进行并联，两个变压器在同一时间的工作频率相等、振荡电压的幅值相等，相位相差90°相并联的变压器推荐采用图5.1或图5.2所示的基本电路，用曲线电压输出的方法控制振荡电压的波形，振荡波形的幅值曲线电压采用正梯形波，梯形波的顶边长度等于底边长度的0.55倍，梯形波的工作频率为工频，在输入端口用整流桥把交流电压转换成单向电压，内部直流电路采用电容分压启动、次级线圈2供电的方法，输出端采用全波整流桥。
(3)输入端为工频交流电压的在大功率直流电源的设计方法2输入端口用三相整流桥进行整流后连接到变压器的输入端口，直流电源按照(1)中输入端为直流电压的大功率直流电源的设计方法进行设计。
例如当变压器的工作频率为500K，变压器初级线圈并联的电容器容量值为期1μF，输入端口用三相整流桥整流后连接，直流电源的输出功率能够达到30KW。
(4)大功率直流电源设计注意事项大功率直流电源设计时，要计算电容器管脚、初级线圈、次级线圈、整流桥、连接线、开关管允许通过的电流，要保证有足够的线径以满足电流通过的要求。
二直流输出变压器组的设计方案直流变压器组是为了获取更大的输出功率，直流变压器组一般由直流电源组成。变压器组要通过标定监测电路的方法，保障各个直流电源输出的直流电压相同。
三直流输出变压器输出端串联的设计方案(略)四直流输出变压器组输出端串联的设计方案(略)五直流输出变压器组输入端串联、输出端并联的设计方案(略)六直流输出变压器组输入端串联、输出端串联的设计方案(略)七交流输入、交流输出变压器的设计方案交流输入、交流输出变压器称为交流变压器。交流变压器又分为单相交流变压器与三相交流变压器。
1单相交流变压器的设计方法推荐采用两个变压器输出端整流桥后进行并联，两个变压器在同一时间的工作频率相等、振荡电压的幅值相等，相位相差90°相并联的变压器推荐采用图5.1或图5.2所示的基本电路，用曲线电压输出的方法控制振荡电压的波形，振荡波形的幅值曲线电压采用正弦波，在输入端口用整流桥把交流电压转换成单向电压，在输入端口整流桥后设置监测电路，监测电路监测输入端的交流频率，监测到的工作频率即为所设置的正弦波的频率，内部直流电路采用电容分压启动、次级线圈2供电的方法，输出端采用图7.1或图7.2所示的整流电路。
2三相交流变压器的设计方法当三个交流变压器输出的交流电压频率相同、电压峰值相同但相位不相同时，三个变压器的输出端口按图8所示的方式联接，就构成了三相交流变压器，其中，三个变压器中，变压器2比变压器1的相位大120°，变压器3比变压器2的相位大120°，变压器1比变压器3的相位大120°八交流输入、交流输出变压器组的设计方案多个单相交流变压器并联可以组成单相交流变压器组，单相交流变压器组要求各个单相变压器的频率相同、相位相同、峰值相同，交流变压器组必须对监测电路进行标定。
三相交流变压器组由单向交流变压器组按图8所示的方式联接组成。
九交流输入、交流输出变压器输出端串联的设计方案(略)十交流输入、交流输出变压器组输出端串联的设计方案(略)十一交流输入、交流输出变压器组输入端串联、输出端并联的设计方案(略)十二交流输入、交流输出变压器组输入端串联、输出端串联的设计方案(略)十三变频交流变压器的设计方案变频交流变压器分为单相变频交流变压器与三相变频交流变压器。单相变频变压器输入端口的电压为直流电压，当单相变频变压器输入端口的电压为交流电压时，要把三相交流电压用三相整流桥转换成单向电压，单相电压再连接到单向变频变压器的输入端口。
(1)单相变频交流变压器的设计方法推荐采用两个变压器输出端整流桥后进行并联，两个变压器在同一时间的工作频率相等、振荡电压的幅值相等，相位相差90°相并联的变压器推荐采用图5.1或图5.2所示的基本电路，用曲线电压输出的方法控制振荡电压的波形，振荡波形的幅值曲线电压采用正弦波，内部直流电路采用电容分压启动、次级线圈2供电的方法，输出端采用图7.1或图7.2所示的整流电路，用数控电路控制正弦波电压的频率变化。
2三相变频交流变压器的设计方法当三个三相交流变压器输出的交流电压频率相同、电压峰值相同但相位不相同时，三个变压器的输出端口按图8所示的方式联接，就构成了三相变频交流变压器，其中，三个变压器中，变压器2比变压器1的相位大120°，变压器3比变压器2的相位大120°，变压器1比变压器3的相位大120°十四变频交流变压器组的设计方案变频交流变压器组的设计方案与交流变压器组的设计方案相同。
十五变频交流变压器组输出端串联的设计方案(略)十六变频交流变压器组输入端串联、输出端并联的设计方案(略)十七变频交流变压器组输入端串联、输出端串联的设计方案(略)
权利要求
1减小变压器损耗及体积的设计制造方法在现有变压器设计制造方法中，无论是交流变压器还是电子变压器，都认为变压器的能量交换是电场与磁场的相互转换，在能量交换的过程中变压器铁芯的损耗不可避免，并且变压器的输出功率与变压器铁芯的质量及体积数学相关；本发明中变压器的设计方法不再采用电场与磁场相互转换的理论，而是利用电容电压回摆点后能够进行电子顺向加速，在顺向加速的过程中能够避免变压器铁芯产生损耗；通过提高振荡频率在同等功率下减小变压器铁芯的体积；其特征是在初级线圈端口并联电容器形成振荡电路，在振荡电压波形中的电容电压回摆点后施加间断电压，通过间断电压的顺向加速减小变压器铁芯的损耗；利用振荡电压的工作频率与变压器输出功率成正比的关系，通过提高变压器的工作频率在同等功率下减小变压器的体积；电容电压回摆变压器由振荡电路、监测电路、数控电路、开关电路、直流供电电路、输出端口整流电路组成；在变压器的工作过程中，直流电路向监测电路和数控电路提供工作电压，监测电路向数控电路提供监测信号，数控电路向开关电路发出电压信号，电压信号控制开关电路，开关电路控制振荡电路的工作，变压器次级线圈输出的高频电压波形经整流电路后输出；采用不同的输出端整流电路，能够实现直流电压输出，能够实现交流电压输出，能够实现变频交流电压输出；电容电压回摆变压器可以通过输出端口并联成变压器组，变压器或变压器组的输出端口可以串联，变压器或变压器组的输入端口可以串联；变压器的设计参数要通过实验的方法进行确定，依据实验方法确定元器件的参数范围，变压器在制造过程没有调整的参数。
2减小变压器损耗的设计方法权利要求1中所述的“在初级线圈端口并联电容器形成振荡电路，在振荡电压波形中的电容电压回摆点后施加间断电压，通过间断电压的顺向加速减小变压器铁芯的损耗”，指在初级线圈的端口施加间断电压时，振荡电路在一个特定的频率范围内产生一个振荡波形，在振荡波形的每一个周期内都存在两个电容电压回摆点，当施加在初级线圈端口的间断电压发生在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点时，振荡电路产生的振荡波形在铁芯内不产生损耗。其特征是在初级线圈的端口并联一个电容器，电容器与铁芯、初级线圈形成振荡电路，施加在初级线圈端口的间断电压除第一个电压波形外，其余的间断电压波形施加在电容电压回摆点之后并紧邻电容电压回摆点，间断电压的方向与电容电压的方向相同，该间断电压可以是只在正半周的电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点施加的与电容电压同方向的间断电压，或该间断电压可以是只在负半周的电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点施加的与电容电压同方向的间断电压，也可以是在所有的电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点施加的与电容电压同方向的间断电压。
3减小变压器体积的设计方法权利要求1中所述的“利用振荡电压的工作频率与变压器输出功率成正比的关系，通过提高变压器的工作频率增大变压器输出功率与铁芯质量的比值，进而减小变压器的体积”，指变压器的输出功率与变压器铁芯的质量及体积不相关，设电容器与铁芯进行能量交换的功率为P1，变压器的额定输出功率为P2，振荡电路中的振荡电压峰值为U1，振荡电路的工作频率为f，在电容电压回摆变压器中，振荡电路中的电容器与铁芯通过初级线圈进行能量交换，次级线圈输出能量，功率关系为P1＝4×C×U12×f，P2＝0.667×C×U12×f，当变压器的体积为定值时，增大C值或增大f值能够增大P1与P2的值，反之，当P1与P2为定值时，增大C值或增大f值能够减小变压器的体积。其特征是变压器中的铁芯与电容器进行能量交换的功率为P1＝4×C×U12×f，变压器的额定输出功率为P2＝0.667×C×U12×f，当C与U1为定值时，减小初级线圈的匝数能够增大f值，当初级线圈的匝数为定值时，一个初级线圈的振荡频率为定值f1，n个相同的初级线圈并联时的振荡频率为n×f1，通过初级线圈并联增大f值可以达到减小变压器体积的目的。
4振荡电路的设计方法权利要求1中所述的“在初级线圈端口并联电容器，电容器、初级线圈及铁芯形成振荡电路”，其振荡电路设计参数的特征是电容器容量值与工作频率的设计，电容器管脚截面积设计，初级线圈参数设计，次级线圈参数设计，变压器铁芯品种及规格设计。
5权利要求4中所述的“电容器容量值与工作频率的设计，电容器管脚截面积设计”，指以变压器的额定输出功率P2和振荡电路的电压峰值U1为已知条件，电容器的容量C与振荡电路的工作频率f的数学关系为f＝1.5×P2÷(C×U12)，电容器管脚通过的额定电流为Ic＝4×C×U1×f。
6权利要求4中所述的“初级线圈参数设计，次级线圈参数设计”，指当次级线圈振荡电压的峰值为U2，次级线圈的匝数为N2，初级线圈的匝数为N1时，以满足N1＝U1÷U2×N2的数学条件为前提确定N1、N2的参数；当N1、N2确定后，实际测量振荡电路的工作频率f2，以数学关系n＝f÷f2确定初级线圈与次级线圈的数量n；当N1、N2、n确定后，通过n个初级线圈的额定电流为I1＝4×C×U1×f，通过n个次级线圈的额定电流为I2＝1.414×P2÷U2
7权利要求4中所述的“变压器铁芯品种及规格设计”，指当变压器的额定输出功率比较小时，应优先考虑采用铁氧体铁芯品种；当变压器的额定输出功率比较大时，应优先考虑非晶铁芯或超微晶铁芯品种；铁芯的规格设计应优先考虑线圈的合理布设，原则上初级线圈绕制以只有1层线圈为最好，总层数不宜超过3层，在线圈能够合理布设的前提下，尽量减小变压器铁芯的体积与质量。
8开关电路的设计方法权利要求1中所指的开关电路分单向电容电压回摆变压器开关电路与双向电容电压回摆变压器开关电路，其特征是单向电容电压回摆变压器的开关电路由串联在振荡电路输入或输出端口上的开关管组成，开关管控制施加在初级线圈端口的间断电压；双向电容电压回摆变压器的开关电路有开关管及可控制二级管组成，开关管串联在振荡电路的输入端口或输出端口，通过开关电路中的可控制二级管可以改变振荡电路输入端口或输出端口与开关管的连接方向，由开关管控制施加在初级线圈端口的间断电压及间断电压的方向。
9权利要求8中所述的单向电容电压回摆变压器的开关电路，指当振荡电路一个周期的工作时间为t0，开关管每次开通的时间为t，开关管的额定电流为Ik时，kt＝t/t0，t的范围是0.25×t0≤t≤0.5×t0，开关管的额定电流Ik＝P2÷(kt×U)，t的取值可以在设计过程中选取，也可以在实验过程中选取。
10权利要求8中所述的“双向电容电压回摆变压器的开关电路......通过开关电路中的可控制二级管可以改变振荡电路输入端口或输出端口的连接方向”，指开关电路可以由两个可控制二极管和两个开关管组成，把外加电压的正极通过两个可控制二极管分别连接到振荡电路的两个端口，用两个开关管分别连接振荡电路的两个端口，当两个可控制二极管中的一个二极管开启另一个二极管关闭时，开启的二极管总能与其中的一个开关管形成与振荡电路的串联关系，通过对两个可控制二极管开通、关闭的转换，实现开关电路与振荡电路连接方向的变化，其中，开关管每次开通时间t的范围是0.25×t0≤t≤0.5×t0，开关管的额定电流Ik＝0.5×P2÷(kt×U)，t可以在设计过程中选取，也可以在实验过程中选取。
11权利要求8中所述的“双向电容电压回摆变压器的开关电路......通过开关电路中的可控制二级管可以改变振荡电路输入端口或输出端口的连接方向”，指开关电路也可以由四个可控制二极管和一个开关管组成，把外加电压的正极通过两个可控制二极管分别联接到振荡电路的两个端口，在振荡电路的两个端口再分别用两个可控制二极管连接到一个开关管上，通过同时开启两个二极管与同时关闭二个二极管，可以实现开关管与振荡电路连接方向的变化，其中，开关管每次开通的时间t的范围是0.25×t0≤t≤0.5×t0，开关管的额定电流Ik＝0.5×P2÷(kt×U)，t可以在设计过程中选取，也可以在实验过程中选取。
12监测电路的设计方法权利要求1中所述的监测电路，指为数控电路提供数据的电路，数控电路依据监测电路提供的数据控制开关电路的工作，其特征是所有的电容电压回摆变压器都需要监测初级线圈端口或次级线圈端口的电容电压回摆点发生时间，监测初级线圈端口或次级线圈端口的振荡电压峰值或变压器输出端口的电压值；工频输出交流变压器还需要监测输入端口的交流频率；变频率交流输出变压器需要监测变压器输出端口的频率。
13数控电路的设计方法权利要求1中所述的数控电路可以是一台计算机，也可以是一个单片机，它向开关电路中的开关管及可控制二极管输出电压信号，向开关管发出的电压信号的时间宽度控制开关管的开关时间，向开关管发出的电压信号的电压幅值控制开关管允许通过的电流；向可控制二极管发出的电压信号控制振荡电路与开关电路的连接转换，其特征是在电容电压回摆变压器中，预置启动参数，由数控电路向开关电路发出启动电压信号，启动振荡电路工作；在振荡电路的工作过程中，数控电路在电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点向开关电路发出电压信号，电压信号控制开关管向振荡电路施加间断电压；数控电路向开关电路发出的电压信号的时间宽度及频率控制振荡电路的工作频率；数控电路向开关电路发出的电压信号的幅值控制振荡电路的能量交换功率及振荡电压的幅值；控制振荡电路的能量交换功率及振荡电压幅值的方法可以采用恒压输出控制，可以采用曲线电压输出控制，可以采用上限电压输出控制，可以采用上限功率输出控制；当振荡电路采用双向加速时，数控电路要控制可控制二极管的开启与关断，实现振荡电路与开关电路连接方向的适时变换。
14权利要求13中所述的“在电容电压回摆变压器中，预置启动参数”，指数控电路向开关电路中的开关管发出的第一个电压信号参数，该参数包括电压信号的时间宽度、电压信号的波形及电压信号的电压幅值，当振荡电路的设计工作频率为f时，第一个电压信号的时间宽度为t1＝0.5÷f，而电压波形及第一个电压信号的电压幅值要用实验的方法确定。
15权利要求13中所述的“数控电路在电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点向开关电路发出电压信号，电压信号控制开关管向振荡电路施加间断电压”，指数控电路根据监测电路提供的上一个周期的工作时间t0及电容电压回摆点，在电容电压回摆点后并紧邻电容电压回摆点向开关电路中的开关管发出电压信号，电压信号的时间宽度t为0.25×t0≤t≤0.5×t0，t要根据变压器输出功率的设计要求并通过实验方法确定，电压信号的时间宽度控制间断电压的时间宽度。
16权利要求13中所述的“控制方法可以采用恒压输出”，指在电容电压回摆变压器中，以铁芯内的运动电子数量没有达到极限值为前提，当开关电路允许通过的电流增大时，进行能量交换的电流增大，振荡电压的峰值就会增大，当开关电路允许通过的电流为常数时，进行能量交换的电流为常数，振荡电压的峰值也就为常数，当开关电路允许通过的电流减小时，进行能量交换的电流减小，振荡电压的峰值就会减小，方法是在变压器中设置监测电路，该监测电路的位置可以是初级线圈端口，可以是次级线圈端口，也可以是变压器的直流或交流输出端口，并设置监测位置的标准电压值为Ub，监测电路向数控电路提供实时监测的实际电压值为Ua，数控电路比较Ub与Ua的绝对值大小，当Ua＞Ub时，在相邻的后一波形中，数控电路减小向开关电路提供的电压信号幅值，当Ua＜Ub时，在相邻的后一波形中，数控电路增大向开关电路提供的电压信号幅值。
17权利要求13中所述的“控制方法......可以采用曲线电压输出”，指在变压器中设置监测电路的监测位置，该监测位置可以是初级线圈端口，可以是次级线圈端口，也可以是变压器的输出端口，并设置监测位置的电压方程为U(t)，监测电路向数控电路提供实时监测的实际电压值，当t＝ti，监测电路向数控电路提供的实际电压值为Ua(ti)，由曲线方程U(t)解算的电压值为Ub(ti)，取k＝Ua(ti)÷Ub(ti)，当k大于1时，在相邻的后一波形中，数控电路减小向开关电路提供的电压信号幅值，当k小于1时，在相邻的后一波形中，数控电路增大向开关电路提供的电压幅值信号。
18权利要求13中所述的“控制方法......可以采用上限电压输出”，指在变压器的输入端口设置一个监测电路，该端口的标准电压值为U0，实时监测的电压值为U，在初级线圈端口或次级线圈端口或变压器的输出端口设置一个监测电路，该端口的标准电压值为Ub，实时监测电压值为Ua；U≥U0时，取k＝Ua÷Ub，当k大于1时，在相邻的后一波形中，数控电路减小向开关电路提供的电压信号幅值，当k小于1时，在相邻的后一波形中，数控电路增大向开关电路提供的电压信号幅值；U＜U0时，取k＝U0÷U×Ua÷Ub，当k大于1时，在相邻的后一波形中，数控电路减小向开关电路提供的电压信号幅值，当k小于1时，在相邻的后一波形中，数控电路增大向开关电路提供的电压信号幅值。
19权利要求13中所述的“控制方法......可以采用上限功率输出”，指在变压器的输出端口或输入端口设置监测电路，监测电路监测输出端口或输入端口的电压值与电流值，设变压器输出端口的标准电压值为U20，输出功率的上限值为P20，监测电路监测输出端口的实时电压值为U2，实时电流值为I2，有P2＝U2×I2；当P2小于P20时，按照输出端口恒压控制的方法，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，保障输出端口的振荡电压按恒压输出；当P2大于P20时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使输出功率不大于P20，减小了输出功率；同理，设变压器输入端口的上限输入功率为P10，输入端口的标准电压值为U10，监测电路监测输入端口的实时电压值为U1，实时电流值为I1，有P1＝U1×I1；当P1小于P10时，按照输入端口恒压控制的方法，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，保障输入端口的振荡电压按恒压输出；当P1大于P10时，由数控电路控制开关电路允许通过的电流，使输入功率不大于P10。
20权利要求13中所述的“当振荡电路采用双向加速时，数控电路向可控制二极管发出电压信号控制二极管的开通与关断，实现振荡电路与开关电路连接方向的适时变换”，指双向电容电压回摆变压器中，开关电路由开关管和可控制二极管组成，可控制二极管控制振荡电路与开关电路的连接方向，数控电路控制开关管的开通与关断；在数控电路向开关管发出电压信号之前，数控电路应先向可控制二极管发出电压信号并控制开关电路与振荡电路的连接方向符合设计要求，当多个可控制二极管有些需要关断并有些需要开通时，数控电路应先关断需要关断的二极管，后开通需要开通的二极管。
21直流供电电路的设计方法权利要求1中所述的直流供电电路，其特征是利用两个串联的电容进行分压，分压后用一个二极管进行容抗隔离，其中，电容分压公式为(U0-Ua)/Ua＝C1/C2，C1、C2为两个分压电容容量值，U0为变压器输入端口的有效电压值，Ua为分压电压值，当Ub为交流电压时，交流电压要先经过整流后才可以分压。
22变压器输出端整流电路后异相位并联的方法输出直流电压权利要求取中所述的“采用不同的输出端整流电路，能够实现直流电压输出”，指变压器除采用整流、滤波的方法实现直流输出外，还可以采用异相位并联的方法实现直流电压输出，其特征是在变压器次级线圈的输出端口连接整流电路，把两个以上相同变压器的整流电路输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出直流电压。
23交流变压器输出端整流电路的一种设计方法权利要求1中所述的“采用不同的输出端整流电路......能够实现交流电压输出或变频交流电压输出”，其特征是在电容电压回摆变压器次级线圈的输出端口连接两个整流桥，两个整流桥输入端口并联，在两个整流桥的输出端口分别取一个极性相反的端口并联成一个端口，剩余的两个端口各连接一个可控制二极管后并联成一个端口，由数控电路控制两个可控制二极管的开通与关断，能够实现电压峰值曲线按交流电压的模式输出；把两个以上相同变压器的整流桥输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出交流电压或变频交流电压。
24交流变压器输出端整流电路的一种设计方法权利要求1中所述的“采用不同的输出端整流电路......能够实现交流电压输出或变频交流电压输出”，其特征是在电容电压回摆变压器次级线圈的输出端口连接一个整流桥，在整流桥的每个输出端口连接两个可控制二极管，两个可控制二极管分别连接到变压器的输出端口，通过控制四个二极管的开通与关断，能够实现电压峰值曲线按交流电压或变频交流电压的模式输出；把两个以上相同变压器的整流桥输出端口同向并联，当各个变压器内的振荡电压频率相同、电压峰值相同而相位不相同时，变压器能够输出交流电压或变频交流电压。
25变压器输出端并联的设计方法权利要求1中所述的“电容电压回摆变压器可以通过输出端口并联成变压器组”，指多个电容电压回摆变压器整流电路输出端口后进行并联时，如果各个变压器的输出电压不相等，并联后的输出电压是电压最高的变压器的输出电压，并联后的输出功率是电压最高的变压器的输出功率；如果各个变压器输出的是直流电压并且各个变压器输出的直流电压相等时，并联后的输出功率是各个变压器输出功率之和；如果各个变压器输出的是交流电压并且各个变压器输出的交流电压的频率、峰值、相位相同时，并联后的输出功率是各个变压器输出功率之和；如果各个变压器输出的是交流电压并且各个变压器输出的交流电压的频率、峰值相同而相位不相同时，并联成的变压器组输出的电压曲线为各个相并联变压器振荡电压的峰值曲线，输出功率为其中一个变压器的峰值电压与该变压器额定电流的乘积，其特征是在多个电容电压回摆变压器整流输出电路的后端进行并联组成变压器组，在变压器组输出端口设置一个终端监测电路，终端监测电路实时监测输出端口的直流电压或交流波形，在变压器组中设置一个变压器组数控电路，终端监测电路向变压器组数控电路提供实时监测数据；利用终端监测电路提供的数据，变压器组数控电路对每个变压器中的监测电路进行标定；在变压器组启动时，变压器组数控电路控制各个变压器间隔一定的时间逐次启动；在变压器工作时，变压器组数控电路根据各个变压器数控电路提供的工作参数，控制变压器工作的数量；根据设计目标，在数控电路的控制下，相并联的变压器输出的总功率能够等于各个变压器输出功率之和；在数控电路的控制下，相并联的变压器能够输出单项交流电压或单项变频交流电压，能够输出三相交流电压或三项变频交流电压。
26权利要求25中所述的“利用终端监测电路提供的数据，变压器组数控电路对每个变压器中的监测电路进行标定”，指当变压器组有m个变压器时，在变压器组输出端口连接一个负载，该负载功率小于变压器组中任意一个变压器的额定输出功率，每一个变压器中的监测位置同为初级线圈或同为次级线圈，在标定过程中，负载的直流电压值或交流电压峰值为一个恒定值，当标定第i个变压器时，变压器组中只有第i个变压器工作，第i个变压器的监测电压为U2i，变压器组的全部标定数据为U21、U22、U23、......U2i......U2m；在变压器工作过程中，当各个变压器的监测电压分别为Ua1、Ua2、Ua3、......Uai......Uam时，只要符合数学条件U21/Ua1＝U22/Ua2＝U23/Ua3......＝U2i/Uai......＝U2m/Uam，各个变压器的输出电压就相等。
27权利要求25中所述的“在变压器工作时，变压器组数控电路根据各个变压器数控电路提供的工作参数，控制变压器工作的数量”，指各个变压器把工作参数实时传送给变压器组数控电路，当变压器组的实际输出功率小于额定输出功率时，变压器组数控电路关闭一个或数个变压器，但至少要保证一个变压器工作，当变压器组的实际输出功率大于额定输出功率时，变压器组数控电路开启一个或数个变压器，直至开启全部变压器工作。
28变压器或变压器组输出端口串联的设计方法权利要求1中所述的“变压器或变压器组的输出端口可以串联”，其特征是当变压器或变压器组的输出端口串联时，输出端口与次级线圈及监测电路隔离，变压器或变压器组的输出端口形成独立的电压源；相串联的各个变压器输出的是直流电压或同相位、同频率的交流电压；相串联的各个变压器输出的电流相等并且等于额定输出电流最小的变压器输出的电流。
29变压器或变压器组输入端口串联的设计方法权利要求1中所述的“变压器或变压器组的输入端口可以串联”，其特征是当变压器或变压器组的输入端口串联时，各个变压器或变压器组相互之间隔离，每个变压器或变压器组的输入端口与输出端口隔离；当外加电压为U，相串联的变压器或变压器组的数量为N时，每个变压器或变压器组输入端口的电压为U/N，通过每个变压器或变压器组初级线圈的电流相同，在每个变压器初级线圈端口形成的振荡电压的频率相同、电压幅值相同。
30变压器的制造方法权利要求1中所述的“变压器的设计参数要通过实验的方法进行确定，依据实验方法确定元器件的参数范围，变压器在制造过程中没有调整的参数”，其特征是依据电容电压回摆变压器的设计方案，进行频率实验，进行输出功率实验，进行元器件指标误差实验，进行程序调试，制造过程中把元器件的指标误差控制在允许的范围内。
31权利要求30中所述的“进行频率实验”，指振荡电路与一个开关管连接成一个实验电路，端口施加直流电压，用信号源的信号波形控制开关管工作，用示波器观测初级线圈端口及次级线圈端口的电压波形，通过信号源的扫描功能，找出初级线圈数量为1时能够形成电容电压回摆点的工作频率；如果工作频率达不到设计要求，初级线圈与初级线圈的数量增加到2个，在线圈数量为1时工作频率的两倍点附近，通过信号源的扫描功能，找出形成电容电压回摆点的工作频率；如果工作频率仍达不到设计要求，再次增加初级线圈与次级线圈的数量，只到达到实验要求时为止。
32权利要求30中所示的“进行输出功率实验”，指进行频率实验后，在实验电路的次级线圈上施加负荷，当开关管以额定电流工作时，通过调整线圈的匝数及线圈的数量，使负载达到设计的额定功率。
33权利要求30中所述的“进行程序调试”，指在设计的电容电压回摆变压器的全部电路上进行程序调试，先以额定输入电压及额定输出功率的状态进行程序调试，使其正常工作；之后以最大设计输入电压、最小设计输入电压的状态进行程序调试，使其正常工作；在调试程序的过程中，如果达不到设计要求，要通过调整线圈进行频率调试，直到达到设计要求。
34权利要求30中所述的“进行元器件指标误差实验”，指先对振荡电路中的电容器、铁芯、线圈三个元器件进行指标误差实验，找出指标误差的范围，在三个元器件的正指标误差及负指标误差两种状态时，使变压器能够正常工作；之后，对全部元器件进行指标误差实验，找出指标误差的范围，在全部元器件的正指标误差及负指标误差两种状态时，使变压器能够正常工作。
35权利要求30中所述的“制造过程中元器件的指标误差控制在允许的范围内”，指对所有的元器件进行筛选，所有元器件参数的实际误差在允许的误差范围内，制造过程中没有调整的参数，产品除非技术因素外能够全部合格。
全文摘要
本发明是变压器的设计制造方法，它不再采用现有的电磁理论设计变压器，而是利用电容电压回摆点后进行电子加速减小变压器的损耗，利用比较高的工作频率提高变压器输出功率与铁芯质量的比值，利用程序自动调整变压器的输入功率与输出功率及其他工作状态。本发明可以设计直流变压器、交流变压器、变频交流变压器，可以把变压器的输出端进行并联，可以把变压器或变压器组的输入端及输出端进行串联，通过并联可以增大输出功率，通过串联可以得到任意高的电压，可以把任意高的电压进行降压。本发明设计的变压器在制造过程中没有调整参数，能提高生产效率并保障生产过程中无次品。
文档编号H01F41/00GK1622235SQ20031011666
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月29日 优先权日2003年11月29日
发明者魏营隆 申请人:魏营隆