一种单相等电势环形节能变压器

技术领域

本发明属于变压器技术领域，特别是一种单相等电势环形节能变压器。

背景技术

变压器的基本原理是通过电磁感应，将输入交流电压变换为需要的输出交流电压，主要包括导磁铁芯和线圈绕组组件，线圈绕组组件一般分为初级线圈绕组和次级线圈绕组，初级线圈绕组输入交流电压，次级线圈绕组输出经变换的交流电压，变压器主要通过法拉第电磁感应定律实现工作。

法拉第电磁感应定律，是以电气化为特征的第二次工业革命技术基础，也是变压器设计的理论基石。法拉第电磁感应定律表明金属线圈中的感应电动势与通过该金属线圈内部的磁通量变化率成正比，和该金属线圈的形状无关。考虑到变压器生产工艺和成本，导磁铁芯采用相等宽度的导磁钢片叠制而成或绕制而成，导磁铁芯和线圈绕组组件的截面为矩形。

最新的研究揭示：法拉第电磁感应定律并不完备，金属线圈中的感应电动势不仅和通过该线圈内部的磁通量变化率有关，而且和该金属线圈的形状结构有关。研究提出了一种特殊的金属线圈：等电势金属电流环，在该金属电流环内有电流流动，但金属电流环上每一点的电场强度和电压都相等，都等于零。进一步研究揭示：变压器和电机等电器设备，在磁路和电路为对称结构时，电场和磁场之间能量转换效率最高。这是电磁学的重大科学发现。

为说明等电势金属电流环，如图1a、图1b所示，在对称圆柱形交变磁场中，设置封闭金属圆环，该封闭金属圆环垂直于圆柱形交变磁场中心轴线，并且其圆心位于圆柱形交变磁场中心轴线上。由于圆柱形的交变磁场相对于封闭金属圆环全方位立体对称，所以封闭金属圆环上每一点的电场强度和电势必定相等，都等于零，这样的封闭金属环为等电势金属电流环。在等电势金属电流环中，电子e和正电荷p在金属圆环上均匀分布，电场强度和电压处处为零，电子e在磁场力的作用下，流动更顺畅。

在图2a、图2b中，封闭金属圆环改为封闭金属矩形环圆环。由于矩形环中，不同位置的电子受到的磁场作用力不同，电子e和正电荷p在矩形环中的分布不均匀，产生反电动势，从而阻限电子e的运动。所以线圈绕组采用矩形结构相对于圆形结构，变压器的能效较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可提高效率的单相等电势环形节能变压器，以满足工业需求。

一种单相等电势环形节能变压器包括一个环形铁芯和一个绕制于所述环形铁芯上的等电势线圈绕组组件，所述等电势线圈绕组组件包括一个用于连接输入交流电压的等电势初级线圈绕组和至少一个用于连接输出交流电压的等电势次级线圈绕组，所述等电势初级线圈绕组与所述等电势次级线圈绕组之间相互套设；垂直于所述单相等电势环形节能变压器的中心轴的截面为主剖面，在主剖面上所述环形铁芯、所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组的截面都为圆环状；包含所述单相等电势环形节能变压器中心轴的截面为纵剖面，在纵剖面上所述环形铁芯、所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组的截面都为圆形；所述环形铁芯由导磁钢片叠制而成或由导磁钢片绕制而成，所述导磁钢片的厚度在0.2mm至0.8mm；所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组由磁线绕制而成。

进一步地，在所述环形铁芯和所述等电势线圈绕组组件之间设置有第一绝缘层。

进一步地，所述等电势线圈绕组组件还包括一个设置在所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组之间的第二绝缘层。

进一步地，所述的导磁钢片的材料是硅钢材料，或是非晶合金材料。

进一步地，所述等电势次级线圈绕组绕制在所述的等电势初级线圈绕组外部。

进一步地，所述单相等电势环形节能变压器中变换的单相交流电压频率在30Hz至100Hz。

与现有技术相比，本发明提供的单相等电势环形节能变压器，在其主剖面上，所述环形铁芯、所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组的截面都为圆环状；在其纵剖面上，所述环形铁芯、所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组的截面都为圆形；在所述单相等电势环形节能变压器中，不仅具有对称结构的环形铁芯磁路，而且所述等电势初级线圈绕组和所述等电势次级线圈绕组具有等电势电流环的特性，从而提高了变压器等电势初级线圈绕组与所述等电势次级线圈绕组之间电磁场变换效率，实现变压器节能目的。

附图说明

图1a为圆形等电势电流环的结构示意图。

图1b为圆形等电势电流环另一视角的结构示意图。

图2a为矩形非等电势电流环的结构示意图。

图2b为矩形非等电势电流环另一视角的结构示意图。

图3为本发明提供的单相等电势环形节能变压器的结构示意图。

图4为图1的单相等电势环形节能变压器的主剖面结构示意图。

图5为图1的单相等电势环形节能变压器的纵剖面结构示意图。

图6为由导磁钢片绕制而成的环形铁芯的半剖分解结构示意图。

图7为由导磁钢片叠制而成的环形铁芯的半剖分解结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

如图3至图7所示，其为本发明提供的单相等电势环形节能变压器的结构示意图。所述单相等电势环形节能变压器主要包括一个环形铁芯10和一个绕制于所述环形铁芯上的等电势线圈绕组组件20，所述等电势线圈绕组组件包括一个用于连接输入交流电压的等电势初级线圈绕组21和至少一个用于连接输出交流电压的等电势次级线圈绕组22，所述等电势初级线圈绕组21与所述等电势次级线圈绕组22之间相互套设；垂直于所述单相等电势环形节能变压器的中心轴的截面为主剖面，在主剖面上所述环形铁芯10、所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22的截面都为圆环状；包含所述单相等电势环形节能变压器中心轴的截面为纵剖面，在纵剖面上所述环形铁芯10、所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22的截面都为圆形。

在本实施例中，所述单相等电势环形节能变压器中用于变换交流电频率在30Hz至100Hz，所述环形铁芯10和所述等电势线圈绕组组件20之间设置有第一绝缘层30，所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22之间设置有第二绝缘层23，所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22皆由磁线绕制而成，磁线一般在铜导线外面涂敷有绝缘层；所述等电势初级线圈绕组21绕制在所述环形铁芯10外部，所述等电势次级线圈绕组22绕制在所述等电势初级线圈绕组21外部。在本实施例中，还设置有安装组件40，包括安装底板41、上压板42、下绝缘垫43，上绝缘垫44和连接螺丝45。这些技术为已有成熟技术，在此不再一一详细说明。

在本实施例中，所述环形铁芯10由导磁钢片叠制而成或由导磁钢片绕制而成，导磁钢片的厚度在0.2mm至0.8mm，导磁钢片的材料是硅钢材料，或是非晶合金材料。图6为由导磁钢片绕制而成的环形铁芯10的结构示意图，导磁钢片采用不同的宽度，绕制成的环形铁芯10在包含所述环形铁芯10中心轴的纵剖面上，其截面为圆形。图7为由导磁钢片叠制而成的环形铁芯10的结构示意图，导磁钢片的中径相同，内径和外径不同，叠制成的环形铁芯10在包含所述环形铁芯10中心轴的纵剖面上，其截面同样为圆形。

与现有技术相比，本发明提供的单相等电势环形节能变压器，在其主剖面上，所述环形铁芯10、所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22的截面都为圆环状，在其纵剖面上，所述环形铁芯10、所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22的截面都为圆形。所述环形铁芯10形成的磁路在主剖面和纵剖面上分别为对称圆环和圆形，从而使单相等电势环形节能变压器实现均匀对称的高效交变磁场；所述等电势初级线圈绕组21和所述等电势次级线圈绕组22，在主剖面和纵剖面上分别为对称圆环和圆形，具有等电势电流环的特性，从而使单相等电势环形节能变压器实现均匀对称的高效交变电流和电场。大大提高了变压器的工作效率，实现高效节能的目的。另外，在圆面积和矩形面积相等时，圆周长比矩形周长至少小12％，即在绕制面积和圈数相等时，圆形线圈绕组比矩形线圈绕组可以节约至少12％的铜材，本发明的单相等电势环形节能变压器不仅提高了变压器的工作效能，而且减低了生产成本。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。