一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于宇稱?時間對稱原理的無鐵芯變壓器，所述無鐵芯變壓器由宇稱?時間對稱電路構成，所述宇稱?時間對稱電路包括一次回路和二次回路，所述一次回路包括串聯連接的一次線圈、一次串聯電容、負電阻和一次回路內阻，所述二次回路包括串聯連接的二次線圈、二次串聯電容、負載和二次回路內阻，所述一次線圈和二次線圈之間沒有變壓器鐵芯。本發明專利技術將變壓器一次回路和二次回路構成宇稱?時間對稱電路使得其在無鐵芯的情況下仍能高效和高功率工作，解決了傳統變壓器重量大和成本高的問題。

A Coreless Transformer Based on Parity-Time Symmetry Principle

The invention discloses a coreless transformer based on the parity time symmetry principle. The coreless transformer is composed of a parity time symmetry circuit. The parity time symmetry circuit includes a primary loop and a secondary circuit. The primary circuit includes a series connected primary coil, a primary series capacitor, a negative resistance and an internal resistance of a primary circuit. The secondary circuit includes a series connection. The secondary coil, the secondary series capacitor, the load and the internal resistance of the secondary circuit are connected, and there is no transformer core between the primary coil and the secondary coil. The transformer primary circuit and secondary circuit are composed of parity 108

【技術實現步驟摘要】
一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器
本專利技術涉及變壓器的
，尤其是指一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器。
技術介紹
1831年，法拉第專利技術了一個“電感環”，稱為“法拉第感應線圈”，實際上是世界上第一只變壓器雛形，1885年，西屋公司的工程師威廉·史坦雷制造了第一臺實用的變壓器，此后變壓器開始成為一種用途極為廣泛的電力裝置，主要被用于功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。傳統的變壓器是基于電磁感應原理來實現改變交流電壓的裝置，主要包括是一次線圈、二次線圈和鐵芯(磁芯)，一次線圈和二次線圈通過鐵芯耦合。然而，變壓器由于鐵芯的存在，使得其成本高，重量大。1998年華盛頓大學的的Bender.C.M教授創立了宇稱-時間(PT)對稱量子理論，該理論已被成功應用到光學、材料學等多個領域并展現出了巨大的優勢。本專利技術利用宇稱-時間(PT)對稱電路實現在一種無需鐵芯的變壓器，可以替代傳統有鐵芯的變壓器，使變壓器降低成本和重量成為了可能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提出了一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器，可以替代傳統有鐵芯的變壓器，使變壓器降低成本和重量成為了可能。為實現上述目的，本專利技術所提供的技術方案為：一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器，所述無鐵芯變壓器由宇稱-時間對稱電路構成，所述宇稱-時間對稱電路包括一次回路和二次回路，所述一次回路包括串聯連接的一次線圈、一次串聯電容、負電阻和一次回路內阻，所述二次回路包括串聯連接的二次線圈、二次串聯電容、負載和二次回路內阻，所述一次線圈和二次線圈之間沒有變壓器鐵芯。進一步，所述一次回路和二次回路的參數需滿足的宇稱-時間對稱條件如下：式中，-RN為負電阻阻值,RS1和RS2分別為一次回路內阻值和二次回路內阻值,RL為負載電阻值；為一次回路的串聯頻率；為二次回路的串聯頻率；L1和L2分別為一次線圈和二次線圈的電感值，C1和C2分別為一次串聯電容和二次串聯電容的電容值，k為一次線圈和二次線圈之間的互感系數。進一步，所述負電阻的電壓、電流關系滿足：V1＝-RNIRN，相位關系滿足：其中，IRN為流過負電阻的電流，V1為負電阻兩端的電壓，-RN為負電阻的阻值,且自動可調。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：1、本變壓器結構簡單，無需鐵芯。2、相比傳統變壓器，本變壓器重量與成本大幅降低。3、本變壓器電能傳輸效率高。附圖說明圖1為本專利技術的無鐵芯變壓器結構電路圖。圖2為實施方式中傳統變壓器與無鐵芯變壓器在不同負載下的功率曲線圖。圖3為實施方式中傳統變壓器與無鐵芯變壓器在不同負載下的效率曲線圖。具體實施方式為進一步闡述本專利技術的內容和特點，以下結合附圖對本專利技術的具體實施方案進行具體說明，但本專利技術的實施和保護不限于此。本實施例所提供的基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器，其基本原理是利用宇稱-時間對稱電路實現無鐵芯的變壓器，用于替代傳統的含有鐵芯的變壓器，從而有效降低了變壓器的重量。如圖1所示，所述的無鐵芯變壓器包括一次回路和二次回路，所述的一次回路包括串聯連接的一次線圈L1、一次串聯電容C1、負電阻-RN和一次回路內阻RS1，所述的二次回路包括串聯連接的二次線圈L2、二次串聯電容C2、負載RL和二次回路內阻RS2，所述的一次線圈和二次線圈之間沒有變壓器鐵芯。根據圖1，由基爾霍夫定律可得：式(1)中，分別為一次回路電流向量和二次回路電流向量，L1、L2分別為一次回路線圈和二次線圈電感值，C1、C2分別為一次串聯電容和二次串聯電容的電容值，-RN為負電阻阻值，RS1和RS2分別為一次回路內阻值和二次回路內阻值,RL為負載電阻值，k為一次線圈和二次線圈之間的互感系數，ω為變壓器工作頻率。令為一次回路的固有頻率，為二次回路的固有頻率，則式(1)化為：式(2)有非零解的條件是：對式(3)進行實虛部分離可得：當一次回路和二次回路構成宇稱-時間對稱電路時，則有則式(4)可簡化為：由上式可得頻率解為：由式(7)可進一步得到頻率存在純實部解的條件為：因此負載電阻需滿足如下條件:此時變壓器的效率η等于：傳輸功率Po等于：由式(1)和式(4)，還可得一次回路電流有效值I1與二次回路電流有效值I2之比為：上式與傳統理想變壓器的電流比是一樣的。一次回路輸入電壓即負電阻兩端電壓有效值V1與二次回路輸出電壓有效值V2之比為:當忽略內阻RS2與RS1時，式(13)化為：顯然式(14)也與傳統理想變壓器的電壓變比相同。為了進一步說明本專利技術的優點，在本實施例中，設計了一個有鐵芯的變壓器，鐵芯變壓器參數如下：一次線圈電感L1＝4.65mH，二次線圈電感L2＝4.65mH，漏感為Lleak＝2.1μH：通過測試此鐵芯變壓器，可得到輸入電壓為20.8伏時不同負載電阻下的變壓器輸出和效率曲線，如圖2和圖3中的虛線。然后將去掉上述變壓器的鐵芯，此時變壓器時參數為：L1＝12.84uH，L2＝15.89uH，k＝0.87，RS1＝0.073，RS2＝0.086，ω1＝ω2＝2π×75kHz，并基于此參數根據式(5)和式(9)設計無鐵芯變壓器，并通過式(10)和(11)計算在不同負載電阻下的變壓器輸出功率和效率，如圖2中和圖3中的實線，由圖2和圖3可知同等的輸入電壓和負載電阻下，無鐵芯變壓器的輸出功率和效率優于傳統有鐵芯變壓器。由上述分析可知，本專利技術的無鐵芯變壓器可以很好地替代傳統的有鐵芯的變壓器，本專利技術的優點顯而易見，值得推廣。以上所述實施例只為本專利技術之較佳實施例，本實施例為單相無鐵芯變壓器，并非以此限制本專利技術的實施范圍，本專利技術也可用于三相、多相變壓器、自耦變壓器和具有原副邊耦合的互感器，故凡依本專利技術之結構、原理所作的變化或組合，均應涵蓋在本專利技術的保護范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于宇稱?時間對稱原理的無鐵芯變壓器，其特征在于：所述無鐵芯變壓器由宇稱?時間對稱電路構成，所述宇稱?時間對稱電路包括一次回路和二次回路，所述一次回路包括串聯連接的一次線圈(L1)、一次串聯電容(C1)、負電阻(?RN)和一次回路內阻(RS1)，所述二次回路包括串聯連接的二次線圈(L2)、二次串聯電容(C2)、負載(RL)和二次回路內阻(RS2)，所述一次線圈(L1)和二次線圈(L2)之間沒有變壓器鐵芯。

【技術特征摘要】
1.一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器，其特征在于：所述無鐵芯變壓器由宇稱-時間對稱電路構成，所述宇稱-時間對稱電路包括一次回路和二次回路，所述一次回路包括串聯連接的一次線圈(L1)、一次串聯電容(C1)、負電阻(-RN)和一次回路內阻(RS1)，所述二次回路包括串聯連接的二次線圈(L2)、二次串聯電容(C2)、負載(RL)和二次回路內阻(RS2)，所述一次線圈(L1)和二次線圈(L2)之間沒有變壓器鐵芯。2.根據權利要求1所述的一種基于宇稱-時間對稱原理的無鐵芯變壓器，其特征在于：所述一次回路和二次回路的參數需滿足的宇稱-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張波，江彥偉，吳理豪，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44