专利名称：交流斩波变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输配电设备，特别是一种节能显著的，改进型变压器－－交流斩波变压器。
变压器具有提供电源，改变电压，匹配阻抗和隔离供电回路的功能。所以在供电系统中，变压器是必不可少的输配电设备。
但是，现有技术中的常规变压器，由于本身结构上的原因，在电路中发挥功能的同时，也给电路带来损耗。这主要是指1.变压器线圈在电流通过时，因导线电阻把一部分电能变成热能，使变压器温度升高的损耗－－铜耗；2.变压器的铁芯在反复磁化过程中的磁滞损失和涡流损失；3.变压器初、次级线圈感应中的磁力线损失－－漏磁损耗；4.在交流电路中，感性大于容性，引起电压和电流的超前和滞后，造成无功损耗，功率因数下降。这虽然不是变压器本身的损耗，但同样给电网带来损耗。
要解决上述缺陷，只有提高变压器的工作频率，减少线圈的电感量，缩小变压器尺寸等途径。
高频变压器能部分解决问题，但是，高频变压器的次级输出也变成了高频，限制了用途。只适用于对供电频率没有严格要求的负载，例如电热器，白炽灯等，但对按频率50Hz设计的电机、电容等负载就不能正常运行，甚至造成设备损坏。
国内电网的工作频率是50Hz，不仅发电设备和用电负载都按此频率进行设计和工作，同时由于输电线路与大地存在电容，提高输电频率将会造成线路损失，所以整个电网的频率不能改变，而我们要提高变压器的工作频率，只能是封闭在变压器的局部才有实际意义。
本发明的目的，就是要制造一种改进型的有实际意义的节能型变压器－－交流斩波变压器，将高频封闭在变压器的局部，即输入交流电为50Hz，在变压器的输入端配置变频器，使其变为高频，使变压器在高频下工作，在其输出端仍恢复50Hz的特性，使各种用电负载正常工作。
本发明的目的是通过如下措施实现的制造一种属于输配电设备范畴的交流斩波变压器，外形与现有技术的变压器相似，本实用新型的特征是由斩波调制部分、高频变压部分和低通滤波部分整体构成，其中1.1.在外壳1上，连接着两个可拆卸的附加盒，1.1.1.附加盒2上引出四根接线柱，其中两根作为本实用新型的输入端，接输入电源线，另两根接高频变压部分的输入端，1.1.2.附加盒3上引出四根接线柱，其中两根接高频变压部分的输出端，另两根作为本实用新型的输出端，接至用电负
1.2.附加盒2内，是由电子元件构成的一套或数套斩波调制系统，1.3.附加盒3内，是由电子元件构成的一套或数套低通滤波系统，1.4.本实用新型的输入端和输出端，都是频率为50Hz的交流电，1.5.本实用新型的变压部分，工作在超过50Hz的频率状态，1.6.本实用新型实现高频变压的方法，是把50Hz的交流电斩波处理成高频脉冲。
上述的交流斩波变压器的特征是，该交流斩波变压器是由斩波调制部分、高频变压部分和低通滤波部分整体构成，其中2.1.斩波调制部分是由整流稳压、高频振荡、高频放大和斩波调制等系统组成，2.1.1.整流稳压系统中，可采用任何整流稳压电路，以保证供给几伏～几十伏的直流电源，供给系统工作所要求的电源，2.1.2.高频振荡系统中，可采用任何能够产生几KHz～几十KHz范围内的高频振荡电路组成，2.1.3.高频放大系统中，可采用任何形式的放大电路，使高频振荡的信号放大到可以满足控制开关管工作的强度，2.1.4.斩波调制系统中，是交替工作的两个开关电路，可以采用低频大功率管，
2.2.高频变压部分是由高频导磁材料的芯柱和缠绕在其上的若干线圈构成。
2.3.低通滤波部分是采用LC电路，时间常数设计在滤除高频部分，使输出频率恢复50Hz。
2.4.输入端和输出端都是频率为50Hz的交流电。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的斩波调制部分是由整流稳压、高频振荡、高频放大和斩波调制等系统组成，其中整流稳压电路提供系统所需要的直流电源，使高频振荡、高频放大部分能够工作，并产生足够强度的控制信号，去控制两个斩波调制开关电路，实现把频率为50Hz的普通交流电变成几KHz～几十KHz的高频脉冲，输入高频变压部分，在高频下传输，变压部分的次级，接入低通滤波器后，又恢复了频率为50Hz的交流供电。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的整流稳压系统中，整流稳压电路采用电源变压器降压，经整流器件变成脉动直流，再经晶体管或集成电路稳压和滤波，使本部分能供给几伏～几十伏稳定的直流电源，正、负极接高频振荡、高频放大系统中。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的高频振荡系统中，可采用晶体管或集成电路组成振荡电路，产生几KHz～几十KHz的高频信号，可以通过手动或自动控制，调节频率或波形，耦合送入高频放大部分。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的高频放大系统中，高频放大可以采用晶体管或集成电路，可以一级或多级放大，使高频振荡部分产生的高频信号，放大到可以满足控制开关管的强度，然后通过推动变压器，输入开关电路。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的斩波调制系统中，是交替工作的两个开关电路，可以采用低频大功率管，其工作状态受高频放大部分的信号控制，可以改变工作频率，可以改变导通时间，其连接方式是两个开关管的c、e极通过单向导电的二极管分别正向接入交流电的两极，b接在推动变压器次级。
上述的交流斩波变压器，其特征是可以用手动或自控调节高频脉冲波形占空比。
上述的交流斩波变压器，其特征是所述的芯柱可以是铁淦氧或铍莫合金等高频导磁材料。
上述的交流斩波变压器，其特征是斩波后的高频交流电的包络曲线与电源交流电的频率完全一致。
以下结合附图对本发明作进一步阐述
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的电气原理示意图。
图3是本实用新型的各部分波形示意图。
图4是本实用新型的可调导通占空比变化示意图。
图1中，1是外壳，与现有技术的变压器的外壳相同，根据需要可以有或没有散热管；2是一个附加盒，盒壁上引出四根接线柱，其中，10、11作为本实用新型的输入端，接普通的频率为50Hz的交流电源线，另两根12、13作为斩波调制部分的输出端，与高频变压部分的输入端14、15连接；附加盒2内部是由电子元件构成的一套或数套斩波调制系统，可以根据需要通过继电器自动切换，以保证该斩波调制系统工作正常；3是另一个附加盒，盒壁上引出四根接线柱，其中，18、19是低通滤波(解调滤波)部分的输入端，与高频变压部分的输出端16、17连接，接线柱20、21作为本实用新型的输出端，接至用电负载；附加盒3内部是由电子元件构成的低通滤波(解调滤波)系统，可以根据需要通过继电器自动切换，以保证低通滤波(解调滤波)系统工作正常；这两个附加盒与外壳1可以通过紧固件连接在一起，再加上装置在外壳1内部的高频变压系统，成为本实用新型－－交流斩波变压器的整体。
图3中，4是交流电源波形图，5是整流稳压后波形图，6是高频振荡后波形图，7是高频放大后波形图，8是斩波调制后波形图，9是低通滤波(解调滤波)后波形图。
本实用新型电气部分结构和工作原理阐述如下1.电源整流稳压部分－－由B1、D1～D4、BG1～BG3、D7、R1～R7、C1～C4和W1组成。
交流电源220V经B1降压至15V，输入由D1～D4组成的桥式整流器，整流后的脉动直流，经C2滤波后，经过电源调整管BG2输出稳定的直流电源。BG3是取样管，其发射极由D5稳定基准电压，BG2输出电压的波动，由BG3的基极从W1上取出，进行对比放大后，输入BG1再次放大，然后输入BG2基极，控制 BG2的内阻随输出电压自动变化，使BG2输出的直流电压保持稳定，供给高频振荡、高频放大部分使用。
2.高频振荡部分－－由BG4、R8～R10、C5～C6、L1、W2和W3组成。
L1、C5、C6和R8组成三点式振荡器，信号由集电极负载W3输出W2可以调节振荡频率，使之在15K左右，W3可以调节输出信号强度，以控制斩波导通宽度。
3.高频放大部分－－由BG5、BG6、B2、B3、C6～C9和R11组成。
信号由BG5基极从前级W3输入，进行两级放大，通过变压器耦合，由B3输出，R11和C7、C9组成∏型滤波器。
4.调制斩波部分－－由BG7、BG8、D6、D7和B4组成。
BG7和BG8分别与D7、D6连接，并联在交流电源两端。是交替工作的两个开关电路，两路的输入控制信号由前级B3次级输入，电源正半波到来时，有高频信号输入，BG7导通，无高频信号输入则截止；电源负半波到来时，有高频信号输入BG8导通，无高频信号输入则截止。实现了斩波输出，两路输出的斩波电流，通过高频变压器B4传输给次级，至低通滤波部分。
5.低通滤波(解调滤波)部分－－由L2、C10及感性容性负载组成。
由高频变压器B4传输到次级的交流电，是斩波交流电，既含有50Hz包络曲线，又有高频成分，需经低通滤波还原，L2、C11滤去15K的高频成分，50Hz的低频电源送入用电负载。所有的感性和容性负载本身，都能进行低通滤波，进一步保证了低通滤波的可靠性。
本实用新型可使用于10KW以下的小功率传输变压器或可调变压器及电焊机。
本发明的设计原理就是利用高频信号分别去调制交流电源的各个半波，一方面可使50Hz的交流电变成了高频交流电，另一方面又可以使斩波后的高频交流电的包络曲线与电源交流电的频率，完全一致。变压器次级经滤波后可以很方便地还原成电源50Hz交流电，并保持原特性不变。
50Hz的交流电经斩波后，每个半波都变成了由许多矩形脉冲组成的集合，虽然高频输出不是完整的全波，而是半波输出。但是，因为U＝N·dI／dt，初级高频电源变化的速率不但没有比50Hz降低，反而瞬间变化更快，满足了次级感应电压产生的条件，所以，变压器仍然可以工作，而且是高效的工作。变压器次级感应电流与初级保持相同的波形、起始角、和包络曲线，经过简单的低通滤波器还原的50Hz交流电完全恢复了电源交流电的特性。
目前，本发明适用于在低压变压器380V～220V以下的电压和20KW以下的小功率变压器，例如，小型电焊机，交流调压器、交流稳压器和日光灯镇流器等中应用。节能效果可以达到50％以上。
另外，对于一些目的不在于节能，而特别需要减少变压器体积和重量的便携式仪器设备或特殊用途(例如，军事、科研等)，能够发挥积极的效果。
需要特别指出的是，交流斩波变压器具有可以控制脉冲宽度的特点，使它可以很方便的用手动或自控调节高频脉冲波形占空比。在工作频率不变的情况下，改变变压器的输出电平，因而使它将具有广泛的用途。如附图4所示，根据这个特点，我们可以用来做无触点交流调压器，无触点调整工作电流的电焊机，自控交流稳压器等(需增加反馈控制电路)。
本实用新型达到了提高变压器的工作频率，减少线圈的电感量，缩小变压器尺寸等目的。
本实用新型设计制造了一种改进型的有实际意义的变压器－－交流斩波变压器，将高频封闭在变压器的局部，即输入交流电为50Hz，在变压器的输入端配置变频器，使其变为高频，使变压器在高频下工作，在其输出端仍恢复50Hz的特性，使各种用电负载正常工作。
随着科技发展，今后将会出现更多、更好、更大功率的器材，特别是开关管高压大电流参数的提高，将会使高压大功率交流斩波变压器得以实现，使变压器的能耗、体积、重量大大减小，由于变压器的数量相当大，可以有效地提高整个社会的经济效益。
〖实施例〗
按附图2所示的线路图，采用如下参数的元件，可以组装成一台具有良好性能的交流斩波变压器。其中电阻R1～R11分别为2K、1K、100、120K、560、390、1.2K、27、39K、220和100。
电容C1～C11分别为4700、2200μF25V、100μF25V10μF16V、0.1μF、0.068μF、4700、100μF16V、2000、100μF16V和0.047μF600V。
三极管BG1～BG8分别为3DA87、3DD15A、3DG8、3CG21、3DG12、3DD15D和3DD6100×2。
二极管D1～D7分别为2CZ87×4、2CW5、2CZ100A／400V和2CZ100A／400V。
变压器B1～B4分别为初级0.57－600匝、次级1.56－20匝；初级0.31－135匝、次级0.57－55匝；初级0.81－50匝、次级1.56－25匝和初级4.4×8.6－55匝、次级4.4×8.6－55匝。
电位器W1～W3分别为470、10K和510。
线圈L1～L2分别为磁芯0.12－1～2230匝、2～3525匝和空心线圈4.8×8.6－50匝。
权利要求1.一种属于输配电设备范畴的交流斩波变压器，外形与现有技术的变压器相似，本实用新型的特征是由斩波调制部分，高频变压部分和低通滤波部分整体构成，其中1.1.在外壳1上，连接着两个可拆卸的附加盒，1.1.1.附加盒2上引出四根接线柱，其中两根作为本实用新型的输入端，接输入电源线，另两根接高频变压部分的输入端，1.1.2.附加盒3上引出四根接线柱，其中两根接高频变压部分的输出端，另两根作为本实用新型的输出端，接至用电负载，1.2.附加盒2内，是由电子元件构成的一套或数套斩波调制系统，1.3.附加盒3内，是由电子元件构成的一套或数套低通滤波系统，1.4.本实用新型的输入端和输出端，都是频率为50Hz的交流电，1.5.本实用新型的变压部分，工作在超过50Hz的频率状态，1.6.本实用新型实现高频变压的方法，是把50Hz的交流电斩波处理成高频脉冲。
2.按照权利要求1所述的交流斩波变压器，其特征是，该交流斩波变压器是由斩波调制部分、高频变压部分和低通滤波部分整体构成，其中2.1.斩波调制部分是由整流稳压、高频振荡、高频放大和斩波调制等系统组成，2.1.1.整流稳压系统中，可采用任何整流稳压电路，以保证供给几伏～几十伏的直流电源，供给系统工作所要求的电源，2.1.2.高频振荡系统中，可采用任何能够产生几KHz～几十KHz范围内的高频振荡电路组成，2.1.3.高频放大系统中，可采用任何形式的放大电路，使高频振荡的信号放大到可以满足控制开关管工作的强度，2.1.4.斩波调制系统中，是交替工作的两个开关电路，可以采用低频大功率管，2.2.高频变压部分是由高频导磁材料的芯柱和缠绕在其上的若干线圈构成。2.3.低通滤波部分是采用LC电路，时间常数设计在滤除高频部分，使输出频率恢复50Hz。2.4.输入端和输出端都是频率为50Hz的交流电。
3.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的斩波调制部分是由整流稳压、高频振荡、高频放大和斩波调制等系统组成，其中整流稳压电路提供系统所需要的直流电源，使高频振荡、高频放大部分能够工作，并产生足够强度的控制信号，去控制两个斩波调制开关电路，实现把频率为50Hz的普通交流电变成几KHz～几＋KHz的高频脉冲，输入高频变压部分，在高频下传输，变压部分的次级，接入低通滤波器后，又恢复了频率为50Hz的交流供电。
4.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的整流稳压系统中，整流稳压电路采用电源变压器降压，经整流器件变成脉动直流，再经晶体管或集成电路稳压和滤波，使本部分能供给几伏～几十伏稳定的直流电源，正、负极接高频振荡、高频放大系统中。
5.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的高频振荡系统中，可采用晶体管或集成电路组成振荡电路，产生几KHz～几十KHz的高频信号，可以通过手动或自动控制，调节频率或波形，耦合送入高频放大部分。
6.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的高频放大系统中，高频放大可以采用晶体管或集成电路，可以一级或多级放大，使高频振荡部分产生的高频信号，放大到可以满足控制开关管的强度，然后通过推动变压器，输入开关电路。
7.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的斩波调制系统中，是交替工作的两个开关电路，可以采用低频大功率管，其工作状态受高频放大部分的信号控制，可以改变工作频率，可以改变导通时间，其连接方式是两个开关管的c、e极通过单向导电的二极管分别正向接入交流电的两极，b接在推动变压器次级。
8.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是可以用手动或自控调节高频脉冲波形占空比。
9.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是所述的芯柱可以是铁淦氧或铍莫合金等高频导磁材料。
10.按照权利要求1或2所述的交流斩波变压器，其特征是斩波后的高频交流电的包络曲线与电源交流电的频率完全一致。
专利摘要本实用新型提供了一种属于输配电范畴的交流斩波变压器，由斩波调制、高频变压和低通滤波部分整体构成。通过把50Hz的交流电斩波处理成高频脉冲，变压部分工作在超过50Hz频率的状态，而整机的输入和输出都是频率为50Hz的交流电。克服了现有变压器的不足，提高了变压器的工作频率、缩小了其尺寸和节约了其制造时的材料消耗。达到显著节能、节材和能在现有电网中使用的目的。
文档编号H02M5/10GK2049818SQ89205690
公开日1989年12月20日 申请日期1989年5月31日 优先权日1989年5月31日
发明者延祥云 申请人:淄博科技器材大楼