变压器和变压设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及变压器。
【背景技术】
[000引在商用AC输电和配电系统中，使用变压器。就在消费者的房子附近，使用柱式变 压器，其将例如6600V (50化或60Hz)变换为200V (参见非专利文献1)。该样的柱式变压器 具有围绕铁巧缠绕的作为导线的厚线圈，并且因此具有相当大的重量。例如，具有直径40cm 和高度80cm的柱式变压器具有大约200kg的重量，包括绝缘油和外壳。
[0003] 另一方面，为了实现作为下一代电力系统的智能电网，正在进行SST(固态变压 器）的研究。对于SST，使用高频变压器（例如，参见非专利文献2)。
[0004] 引用列表
[000引[非专利文献]
[0006]非专利文献1 ;Quibu Electric Power Co. , Inc.的主页，[化le Transformer(柱 式变压器）]，[在线]，[2013年7月19日捜索]，因特网
[0007] <URL:http://www. chuden. co. jp/e-museum/guide/3floor/exhibit_c23. html>
[000引非专利文献2 ;Falcones, S.:等人.，化wer and Elnergy Society General Meeti ng, 2010IE邸，pp. 1-8, Minneapolis, 2010年7月 【实用新型内容】
[0009] [技术问题]
[0010] 传统的柱式变压器沉重，并且因此不容易处理。另外，在柱上需要大得足W包含变 压器的外部尺寸的附加空间。
[0011] 另一方面，高频变压器不能避免寄生电容的影响，并且在设计上具有困难。
[0012] 考虑到该样的传统问题，本实用新型的目的是提供一种具有小尺寸和轻重量的创 新的下一代变压器，其不需要在传统变压器中使用的、用于磁禪合、电磁感应或互感的线圈 和铁巧等。
[0013] [对于问题的解决方案]
[0014] 本实用新型是在电源和具有电阻值R的负载之间设置的变压器，该变压器包括由 n个相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数，其中，相 对于该负载的电阻值R的任何值，该二端子对电路的输入阻抗Zi。具有；实部k ? R，其中，k 是常数；W及，虚部0。
[0015] 另外，本实用新型还设及一种变压设备，其包含：用于进行切换的电路；W及插入 在该电路内的所述的变压器。
[0016] 注意，电抗元件是具有电感电抗的电感器或具有电容电抗的电容器。
[0017] [本实用新型的有益效果]
[0018] 使用本实用新型的变压器作为电力变压器使得不必使用包括线圈和铁巧等的传 统变压器。因此，变得有可能实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且由此实现成本 减小。
【附图说明】
[0019] 图1是示出使用二端子对电路（四端子电路）的变压器的概念的图。
[0020] 图2是示出构成电路的元件的元件数量的概念的图。
[0021] 图3是示出可W通过使用最小元件数量4而建立的电路配置的四种模式的图。
[002引图4是示出4A型的电路配置的图。
[0023] 图5是示出作为4A型的电路配置的实际示例的6种模式的图。
[0024] 图6是示出4B型的电路配置的图。
[0025] 图7是示出作为4B型的电路配置的实际示例的6种模式的图。
[0026] 图8是示出4C型的电路配置的图。
[0027] 图9是示出作为4C型的电路配置的实际示例的6种模式的图。
[002引图10是示出4D型的电路配置的图。
[0029] 图11是示出作为4D型的电路配置的实际示例的两种模式的图。
[0030] 图12是电路图，其中，（a)示出n= 5的电路配置的第一示例，并且化）示出T形 电路。
[0031] 图13是电路图，其中，（a)示出n = 5的电路配置的第二示例，并且化）示出31形 电路。
[003引图14是电路图，其中，（a)示出n=6的电路配置的第一示例，并且化）示出n=6的电路配置的第二示例。
[0033] 图15是示出具有另一种配置的变压器的电路图。
[0034] 图16是电路图，其中，（a)示出当在图15中的四个开关中的、在上侧上的两个开关 接通并且在下侧上的两个开关断开时的大体连接状态，W及，化）W阶梯状形状示出与（a) 中相同的电路图。
[0035] 图17是电路图，其中，（a)示出当在图15中的四个开关中的、在下侧上的两个开关 接通并且在上侧上的两个开关断开时的大体连接状态，W及，化）W阶梯状形状示出与（a) 中相同的电路图。
[0036] 图18是分别示出向图15中的变压器的输入电压和输入电流的波形图。
[0037] 图19是分别示出图15中的变压器中的变换的中间级处的电压和电流的波形图。 [003引图20是分别示出来自在图15中的变压器的输出电压和输出电流的波形图。
[0039] 图21是示出在图15中所示的变压器和具有4A型的电路配置的变压器的组合的 电路图。
[0040] 图22是示出在图15中所示的变压器和具有4B型的电路配置的变压器的组合的 电路图。
[0041] 图23是示出在图15中所示的变压器和具有4C型的电路配置的变压器的组合的 电路图。
[0042] 图24是示出在图15中所示的变压器和具有4D型的电路配置的变压器的组合的 电路图。
【具体实施方式】
[00创[实施例的总结]
[0044] 本实用新型的实施例的总结至少包括下面的部分。
[0045] (1)变压器被设置在电源和具有电阻值R的负载之间，并且包括由n个相互连接的 电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数。相对于负载的电阻值R 的任何值，二端子对电路的输入阻抗Zi。具有；实部k?R，其中，k是常数；W及，虚部0。
[0046] 如上所述的变压器可W获得与输入电压成比例的输出电压，与负载的电阻值R无 关。目P，可W获得使用恒定的电压变换比率（l/k)i/2将输入电压变换为输出电压的变压器。 使用上面的变压器作为变压器使得不必使用传统的商用频率变压器或高频变压器。因此， 可W实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且结果，可W实现成本减小。而且，也解 决了在高频变压器中产生的寄生电容和出现磁场泄漏的问题，并且因此，可W实现具有低 损耗的变压器。
[0047] 似在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是Xi、X2、X3和X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的Xi、在其两条线 之间存在的X,、在该一条线上存在的X3和在该两条线之间存在的X4构成，并且满足下面的 条件。
[0048] (1/Xi) + (1/X2) + (I/X3) = 0八X2+Xs+X4= 0
[0049] 在该情况下，输入阻抗Zi。被表示为Zh=狂2VX42) -R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。
[0化0] 注意，符号"八"表示逻辑与或与（W下，该也适用）。
[0051] 做在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是Xi、X2、X3和X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的Xi、在其一条 线上存在的X,、在该两条线之间存在的X3和在存在的X4构成，并且满足下面的条件。
[0052]Xi+X2+Xs= 0八（1作2) + (1/%) + (1/%) = 0
[0化引在该情况下，输入阻抗Zi。被表示为Zh=狂? R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。
[0054] (4)在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是Xi、X2、X3和X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由下述部分构成；由在二端子对电路的一条线上存在 的Xi、在其两条线之间存在的X2和在该一条线上存在的X3形成的T形电路；W及，与X1和 X3的串联单元并联的X4,并且满足下面的条件。
[005引 Xi巧3+《4= 0 八（1/X1) + (1/%) + (1/%) = 0
[0056]在该情况下，输入阻抗Zin被表示为Zin=狂'R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。
[0057]妨在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是Xi、X2、X3和X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的Xi和X2的第一 串联单元和在该两条线之间存在的X3和X4的第二串联单元构成，使得在第一串联单元中 的相互连接点和在第二串联单元中的相互连接点是输出端子，并且满足下面的条件。
[005引 X1+X2巧3+X4= 0八（1/X1) + (1/%) + (1/%) + (1/X4) = 0
[0059] 在该情况下，输入阻抗Zi。被表示为Zh= {狂片2)7狂i-X,)2} -R，并且与负载的电 阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。
[0060] 做在（1)的变压器中，优选的是，在其中五个电抗元件的电抗是Xa、Xb、X。X。和 Xg的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的XA、在其两 条线之间存在的Xb、在该一条线上存在的而、在该两条线之间存在的Xd和在该一条线上存 在的Xe构成，并且满足下面的条件。
[006UXa=-XbAXe=-XdAXc=Xa+Xe
[0062] 在该情况下，输入阻抗Zi。被表示为Zh=狂//V) ?R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。
[0063] (7)在（1)的变压器中，优选的是，在其中五个电抗元件的电抗是Xa、Xb、X。Xd和 而的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的XA、在其 一条线上存在的Xb、在该两条线之间存在的而、在该一条线上存在的Xd和在该两条线之间 存在的Xe构成，并且满足下面的条件。
[0064] Xa=-XBAXE=-XDAXc=XA?V