马尔科夫教授的变压器
本帖最后由 能量海 于 2018-5-1 12:36 编辑
第三章:静脉冲系统
马尔科夫教授的变压器
根纳季•马尔科夫（Gennady Markov）教授，“病毒”研究技术中心主任，以及多项发明和发现的拥有人，他因首创的一个新型的变压器设计而获得国际专利。他的成果涉及到物理学和电气工程领域的一项新的定律。他说：1831年，法拉第发现了电磁感应。后来他的理念被麦克斯韦进一步发展。其后160多年，再没人提升基本电气力学——甚至仅仅是单一的一步。八年前，我申请了国际专利，在20个国家有效，因为我做了一个变压器，它已经获得了四个俄罗斯专利。我的发现是——尽管伟大的物理学家法拉第的 “定律”，他说，“磁路中的磁通量应该与仅在一个方向上的产生的移动组合磁通分别组合。只有这样，你才能有一个运行的变压器。
我敢反其道而行之：用一个有两个相同绕组的线圈，并让它们互相向着对方运行。这产生了相等的磁通量，互相向着对方运动，互相抵消，但不互相摧毁，正如法拉第和麦克斯韦所言。我确定了一个新的定律：‘铁磁材料中的磁场叠加的原则’。叠加——是磁场的相加。定律的本质是，磁场相加，相互抵消，但它们不被摧毁。而这里重要的部分是“它们不被摧毁”，而这是我的定律所基于的关键事实。
关于这个问题，我写了一篇文章，发表在期刊《应用物理》上。我在中国的一个国际展览会上演示了一台变压器，在科学家和其他专家中引起极大的兴趣。那个变压器有着优良的性能，而且事实上，它可以提高或降低电压而无需任何次级绕组。我的新定律允许我们——首先，打造大功率变压器，其重量和每单机容量的大小比传统法拉第变压器低20至30倍。其次，我做了一台变压器，尽管其尺寸和额定功率值很大，可在频率高达数兆赫下运行（传统变压器仅在30到50赫兹下运行，而如果你在100赫兹以上运行它们，金属会过热，变压器会损坏）。我的变压器可以在数百万赫兹的频率下安全运行。
传统变压器往往非常笨重，因为它们有大量的铁，一台标准4兆瓦变压器的重量有3670公斤。我的4兆瓦变压器的重量是370公斤。构建一台新变压器时，你可用任何质量的钢，而实际在可运行的频带上没有限制。不同于传统的变压器，新型变压器从制造地可以很容易运到使用点。这种新型变压器设计给我们一个巨大的机会去创造新一代的技术。”
请注意，变压器不在低频下运行。其频率范围是10千赫至40千赫，而电压至少需要40伏。
这里是马尔科夫教授的专利EP 844,626的大部分：
摘要
推荐的几种类型的变压器可用作电站、变电所、输电线的干线电气工程设备，无线电工程中、设备中用于测量、自动控制和管理。本发明的核心在于其原理为初级绕组由两节绕制并互相连接——以这样一种方式：变压器运行期间，初级绕组的一节产生的磁通补偿初级绕组的另一节产生的磁通。
变压器包括 (图.2) 一个磁路、两节有着相同匝数的节组成的、在一个方向上绕在磁芯上的一个初级绕组的磁路。两节绕组通过其输出彼此连接，而绕组的输入充当电源入口。次级绕组绕在磁路的同一个磁芯的初级绕组上，负载RH连接次级绕组。
变压器的开发实施方案的独特在于：初级绕组的各节绕在磁路的一个芯上（实施方案3），或在一个磁路的两个芯上（实施方案4），在那个方向上绕组的各节是不同绕制的（同向或相反方向），并因此绕组有一个不同的连接，并且还以有一个次级绕组为特征（在一个实施方案中是没有次级绕组的）。
描述：
技术背景
变压器是电能的电磁静态转换器，它有两个或两个以上的感应耦合绕组，并设计成以相同的频率把一个电压的正弦交流电流转换成另一电压的交流电流。
变压器的工作原理基于1831年由M•法拉第发现的电磁感应效应。按照结构和应用的具体特征，变压器可分为电源变压器、焊接变压器、测量变压器和特种变压器。
电源变压器，这是工业电网的必要元素，已得到了最广泛应用。变压器有两个基本部件：磁路和绕组。此外，大功率变压器有一个冷却系统。磁路是安装和固定绕组的结构基础，变压器的抽头和其它元件，用于把绕组间的磁耦合放大。
磁路部分绕组配置其上，被称为“磁芯”，其余部分，闭合磁路，是所谓的“轭”。变压器的绕组用于通过传递电能的方法产生磁场。电能施加的变压器绕组称为初级绕组，而取出能量的绕组谓之次级绕组。
已知发明与特种变压器或与变压器特定结构元件的改变有关；由某些材料及其结构外观的磁路的实现，磁路的互相连接，其中有许多磁路n，不同类型绝缘和冷却系统的应用，绕组的实现，附加元件以增强抗扰度。
本领域公知的一种车用变压器[PCT (WO), 93/14508]。这种小型、轻便的变压器由一个其上绕制着感应耦合输入和输出绕组的壳型铁芯构成。一个有空隙的磁元件在输入和输出绕组之间，而磁元件产生的强磁耦合位于输出绕组之间。元件置于空隙5d里，被磁芯所包围，包括一个无空隙磁路，一个绝缘板容纳磁路，并使它与磁芯和绕组绝缘。
本领域公知的一种变压器[PCT (WO), 93/16479]，磁芯由铁磁体线制成。建议用铁磁体螺旋线束磁芯。磁芯被用于一个开关里的差动电流传感器中去打开电路，它运行时有一个对地短路。铁磁体线绕成螺旋状，其线匝互相平行，并延展至整节磁芯。后者的位置靠近电流线，其中有短路监测，其中的两条线均连接到电源。其电流方向相反。磁芯与那些电流产生的磁场相互作用。这里用铁磁体线，可以大幅提高磁芯表面积而无需增加其横截面，并因此其大小也无需增加。
本领域公知的一种变压器[RU, C1, 2041514]由一个或数个磁性合金——包括硅、硼、铁制成的带绕磁芯和几个与磁芯感应耦合的绕组组成，其中磁性合金又含有铜、和一或数种选自铌、钽、钨、钼、铬和钒组的成分，以下面的合金成分比例，原子百分比：铜—0.5~2.0；由铌、钽、钨、钼、铬组组成的一个或数个成分，钒—2~5；硅—5~18；硼—4~12；铁—平衡。
本领域公知的一种变压器[PCT (WO), 93/18529]，由带有一个绕组的3或4种类型的绝缘装置组成。这种类型的变压器用很少的工时消耗就很容易组装。
本领域公知的一种有着条状绝缘的电流变压器[RU, C1, 2046425]，由单匝或多匝初级绕组和次级绕组组成，它被置于一个阻尼屏蔽里，并有终端。其中绕组由插入支承固定，而连接衬套被环氧化合物覆盖。变压器另有绝缘衬套，一个屏蔽置于初级绕组上，并托住夹具。绝缘衬套安装在夹具的半椭圆槽里，阻尼屏蔽做成开放的，且由两部分组成，在两个部件之间的间隙安装有绝缘垫，而插入支承衬套以适应固定阻尼屏蔽的方式安装在绝缘衬套中。
本领域公知的一种高压变压器[RU, C1, 2035776]由一个安装在插座上的瓷外罩组成。其上一个有效部分封闭在外罩中，被定位在压缩杆上。有效部分包括一个带轭的、上部和下部水平磁芯上定位了绕组的混合矩形磁路。为了降低抗扰度，变压器有额外的屏蔽——中间一个，上面一个，下面一个，以及一个电容屏蔽。
本领域公知的一种高压变压器的绕组[PCT (WO), 93/18528]，连接元件固定到绕组传导部分以提高其力学性能，而第二个连接元件通过绝缘元件的方式连接前述的连接元件。这样，绕组可以用作以树脂倾倒其上的干式变压器里的小匝数低压绕组。
本领域公知的一种强电流变压器[RU, C1, 2027238]由一个置于环形磁芯上的初级绕组和一个包围着初级绕组的次级绕组组成。其次级绕组是由放置在N段的圆环体内腔中和N-1段的圆环体外侧的软导线束制成，这里N是次级绕组的匝数，其中的束被配置成圆环体外侧上一层或多层。
然而，所有公知的变压器都是根据一个原理制做的，其中，尤其是——提供电力给初级绕组，再从次级绕组取电，而它们都有这些缺点：升压变压器的多匝次级绕组，尽管在相当窄的频带（50~400赫兹）里运行；变压器限定的频带与较高频率的磁路的损失有着；绕组的高电阻，即，变压器的空载条件在计算次级绕组匝数以获得预定输出电压时有必要考虑在内；当附加元件、绝缘等所有可能用于减少上述缺点时，变压器结构是复杂的。
本发明的公开
本发明基于以建立这样一种变压器为目的，在其中，用导线绕制次级绕组可资改善的地方，包括导线用横截面与初级绕组横截面相等的导线，实现高压变压器次级绕组中减少匝数，并使现有变压器的改型在数量上得到扩充。
这个目的实现了提出的变压器的结构中包括一个磁路、至少两个绕组、电源入口、负载出口，其中初级绕组包括两节有相同数目的线匝，各部分彼此串联连接。
建议的变压器中，初级绕组的两个部分在磁路的一个磁芯上向一个方向绕制，该部分通过绕组的输出串联连接，且其连接点用作负载的出口，而各部分的绕组的输入端作为电源入口。
上述技术的结果是通过建造一个变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相同方向绕在磁路的一个磁芯上，各部分绕组的输出连接成串联电路，而绕组部分的输入作为电源的入口。次级绕组绕在磁路的相同的磁芯上，在初级绕组部分的上面。
上述技术的结果是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相反方向绕在磁路的一个磁芯上，第一部分的绕组的输出和第二部分的绕组的输入彼此串联连接，而第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组部分上面的磁路的相同的磁芯上。
表明的目标是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分均以同一方向绕在一个磁路的两个磁芯上，第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入相互串联连接，而第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。同样的技术结果通过建造一个变压器来实现：其中初级绕组的两个部分以相反方向绕在一个磁路的两个磁芯上，各部分的绕组的输出彼此串联连接，而各部分的绕组的输入作为电源入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。
当初级绕组的两个部分在一个磁路的两个磁芯上向同一个方向绕制时，实现了同样的技术结果，其中第一部分的绕组的输入连接到第二部分绕组的输出，第一部分绕组的输出连接到第二部分绕组的输入，其连接点作为电源入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。
表明的目标是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相反方向绕在一个磁路的两个磁芯上，两个部分通过输入和输出的连接点由此互相各自连接，而其连接点作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，围绕着磁路的两个磁芯。
以下是本发明的基础：初级绕组的部分绕制并互相连接是以这样一种方式——这些部分当中的一个在变压器运行过程中产生的磁通补偿初级绕组另一部分产生的磁通。
如果建议的变压器的初级绕组的两个部分连接到有着电压U1的交流电网，则电流io将沿着它们流动。绕组iow1的一个部分的磁通势由于电流io，会在变压器的磁路中产生一个交变磁通量F1。同样，磁通势iow2，等于第一部分iow1的磁通势，在绕组的第二部分出现。由于各部分在互相串联连接，交变磁通量F2在初级绕组的第二部分出现，并把磁通F1相反定向，将补偿第一部分F1的磁通。然而，由于磁通势的感应，磁路的磁导率会改变。
当电网电流在半周下降时，磁路中出现磁导率的恢复，因而，在初级和次级绕组感应到电动势（emf）。其中，初级绕组的半周期中，次级绕组的电压通过整个周期。
两个绕组都以相同匝数用相反方向绕制，但由相对引线（第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入）互相串联连接的情况下，初级绕组io的磁通在也将等于零，即，在两个部分的绕组在同一个方向绕制的情况下，可得到相同的技术效果。当RH连接到次级绕组时，电压的形式并没有改变。输出电压取决于次级绕组中的匝数相比于初级绕组中匝数的增加。
这样建议的变压器的实施导致：
1) 次级绕组的匝数减少了10到20倍，因此，降低了变压器的尺寸；
2) 有可能用有着横截面等于初级绕组里的导线的截面的粗线绕制次级绕组；
3) 次级绕组有着大于或小于初级绕组线匝里的匝数，取决于变压器输出的高压的需要；
附图简要说明
此外，本发明将通过其实施的具体范例进行说明，并附图如下：
图.1展示的是获得专利的装置——根据本发明（电路）的一台变压器；
图.2展示的是根据本发明（电路）的变压器的另一个实施方案；
图.3展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.4展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.5展示的是根据本发明（电路）的变压器的又一个实施方案；
图.6展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.7展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.8展示了初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化关系；图.9展示了钢片的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化关系。
本发明的最佳变型
依照本发明的变压器，根据图.1所示的实施方案，包括磁路1，初级绕组的第一部分2，初级绕组的第二部分3，线圈，a1和x1——第一部分的绕组的输入和输出，a2和x2——初级绕组的第二部分的绕组进和出，RH1——负载的电阻连接到第一部分，RH2——负载的电阻连接到初级绕组的第二部分。初级绕组的两个部分绕在磁路1上：第一部分2，第二部分3在一个方向上，并且它们有相同的匝数。绕组的输出x1和x2互相串联连接，而绕组的输入a1和a2分别连接到电源。负载电阻并联连接到绕组的每个部分：RH1在电流的路径中从电源到绕组的第一部分，再到各部分的绕组的连接点，而RH2与初级绕组的第二部分相应。
根据图.2所示的实施方案，与本发明相一致的变压器的制作与图.1所示的实施方案的变压器相似。区别存在于次级绕组4中，它用第三层绕制在磁路1的同一个芯上的初级绕组的部分2和3上。A和X标明次级绕组的入口和出口（同相和异相），RH——负载的电阻连接到次级绕组的引线A和X。
按照本发明与图.3的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.2所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组的各部分以相反方向绕制。第一部分x1的绕组的输出和第二部分a2的绕组的输入互相串联连接，各部分a1和x2的其它引线作为电源的入口。
按照本发明与图.4的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.2所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组2和3的部分是绕制在磁路1的两个磁芯上的。各部分通过相对的引线互相连接——第一部分的绕组的输出和第二部分的绕组的输入。次级绕组4绕制在初级绕组的各个部分上，并围绕着磁路的两个磁芯上。
按照本发明与图.5的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.4所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组的两个部分以相反方向绕制。各部分的绕组的输出x1和x2互相串联连接，而各部分的绕组的输入a1和a2作为电源的入口。
根据图.6所示的实施方案的变压器的制作类似于图.4所示的实施方案的变压器。区别在于第一部分a1的输入和第二部分x2的输出，还有第一部分x1的输出和第二部分a2的输入互相连接，连接点作为电源的入口。
根据图.7所示的实施方案的、与本发明一致的变压器的制作类似于图.6所示的实施方案的变压器。区别在于各部分是相反方向绕制的，通过输入a1和a2和通过输出x1和x2，各部分绕组互相连接，而连接点作为电源的入口。
根据图.1所示的实施方案中建议的变压器的运行原理如下：
1. 开路 (空载条件)
部分2和部分3的绕组的输入a1和a2分别连接到电源U（未显示），这些相同部分的绕组的输出x1和x2彼此连接成串联电路。电流I流经这些部分的绕组，这个电流在绕组的每个部分产生一个等于iw的磁通势mmf。因为各部分的通量相等并反向定向，它们相互补偿，且磁芯不会发生反向磁化，但由于磁路中磁场的叠加原理的维持结果，后者与场在微观水平的相互作用导致了域结构的应力相互作用和磁路材料的磁导率变化。
因此，电流通过初级绕组的各个部分的变化及时导致磁导率的改变，而后者的变化导致电动势出现在那些绕组中，在各部分的连接点和绕组的输入之间，但相对于由电源经过的电流由相位及时偏移。由于这个原因，在变压器的输出端的电压以实际上只是一个初级绕组就增加10至20倍。
2. 运行模式 (与负载连接)
负载电阻RH1在电流i的路径里从电源U连接到绕组的第一部分2，然后到各部分的输出的连接点，负载电阻RH2据此连接绕组的第二部分3。电源的电流 i 通过形成的闭合回路，其中初级电流 i 在每个回路中相应地增大到负载RH，这导致回路中电动势的改变——电动势的增大。在低负载电阻 (等于绕组电阻)，电压U将等于绕组上的压降，当负载电阻趋于增加到无穷大时，次级电压U将相应地增加，致使电动势在有一个初级绕组时,变压器的输出会增加几十倍。
根据图.2到图.7所示的实施方案的变压器的操作原理是与根据图.1所示的实施方案的变压器的操作的原理类似的。区分在于现在的次级绕组4。由于初级绕组的磁通势在那些实施方案中是保持打开的，空载电动势总是在其中感应，即，绕组中不产生自感电流，而得到所有的磁通势能作为次级绕组的电动势。在这种条件下，次级绕组中绕组导体的每单位长电场强度可以超过十倍，初级绕组中的电场强度由电源设置。结果，次级绕组与初级绕组相比可有更少的线匝，而电压比电源电压大数十倍。其中次级绕组里电压和电流形成重复在初级绕组里电压和电流的形成。
图.8显示了有着铁氧体磁路的变压器的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化的依赖。应当指出的是，磁路的导磁率mu随时间以下述方式按正弦形电流变化：它从0到pi/4增加，然后从pi/4到pi/2下降，接着从pi/2到pi3/4，导磁率的恢复速度再次增大，并从pi3/4到pi，mu的恢复减慢。结果，作为导磁率的这种变化，倍频的次级绕组中感应到一个电动势，并在初级绕组中对电流的半周有一个次级电流的全周期。
图.9显示了有着钢片的磁路的变压器的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化的依赖。对于这种类型的磁路,有一个从pi/6到pi/4的初级和次级电流曲线的形的位移，而电流的形还维持着。
对于每种类型的变压器的变压比进行实验确定。下面给出不同类型变压器的运行的具体实例，以便更好地理解本发明。 对于范例未提供的，用变压器的实施方案得到同样的结果。
范例 1
M600HH-8 K100-60-15铁氧体环用作磁路。初级绕组的两个部分，一个在另一个之上，另外，绕制在由四个环组装的磁路的磁芯上。两个部分的绕组的输出串联连接，负载电阻RH与每个部分并联——一端到的各部分的连接点，另一端——到各部分的输入，每个部分的绕组的输入连接到电源。各部分的匝数相同且等于60。该变压器的变压比为11。变压器的输出端的电压测量结果在表1。范例1，当变压器用铁氧体U形磁路制成时，得到的是相似的结果。
范例 2
由钢片制成的环型磁路，并设计为2.5千瓦功率用作磁路。初级绕组的两个部分绕在磁路的磁芯上，其两个部分均绕在一个方向上，其输出为串联连接，各部分的输入连接到电源。次级绕组绕在初级绕组上（绕制方向不影响变压器的运行）。变压系数实验测定，且等于5。初级绕组的一个部分的匝数为110，次级绕组的匝数也等于110，初级绕组和次级绕组线径相同，并等于1.2毫米。负载连接到次级绕组的引线。在初级绕组的输入和在次级绕组的输出测定电压，即，在负载上。测定结果示于表1，范例2。
范例 3
U型铁氧体用作磁路。磁路是由四个单元组装起来的。初级绕组的两个部分绕制在磁路的两个磁芯上，每部分在一个芯上。各个部分绕制时方向相反，但匝数相同。初级绕组里的总匝数为120。各部分绕组的输出串联连接，输入连接到电源。次级绕组，包围着两个芯，绕在初级绕组上。次级绕组的匝数为120。找到并确定的变压系数为10。结果在表 1，范例3。
范例 4
钢片制成的U形磁路用作磁路。初级绕组的两个部分绕制在磁路的两个磁芯上，每部分在一个芯上。各个部分向同一方向绕制，每部分匝数为120。第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入，以及第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出互相连接，而其连接点连接到电源。次级绕组绕在初级绕组上，次级绕组的匝数为120。该变压器的变压系数为8.5。测量结果在表1，范例4。
工业实用性
所有类型变压器的样品制成并运行三至五年。全部范例都测试过，并能作为电气工程设备在实验室实践并进入工业企业。
第三章:静脉冲系统
马尔科夫教授的变压器
根纳季•马尔科夫（Gennady Markov）教授，“病毒”研究技术中心主任，以及多项发明和发现的拥有人，他因首创的一个新型的变压器设计而获得国际专利。他的成果涉及到物理学和电气工程领域的一项新的定律。他说：1831年，法拉第发现了电磁感应。后来他的理念被麦克斯韦进一步发展。其后160多年，再没人提升基本电气力学——甚至仅仅是单一的一步。八年前，我申请了国际专利，在20个国家有效，因为我做了一个变压器，它已经获得了四个俄罗斯专利。我的发现是——尽管伟大的物理学家法拉第的 “定律”，他说，“磁路中的磁通量应该与仅在一个方向上的产生的移动组合磁通分别组合。只有这样，你才能有一个运行的变压器。
我敢反其道而行之：用一个有两个相同绕组的线圈，并让它们互相向着对方运行。这产生了相等的磁通量，互相向着对方运动，互相抵消，但不互相摧毁，正如法拉第和麦克斯韦所言。我确定了一个新的定律：‘铁磁材料中的磁场叠加的原则’。叠加——是磁场的相加。定律的本质是，磁场相加，相互抵消，但它们不被摧毁。而这里重要的部分是“它们不被摧毁”，而这是我的定律所基于的关键事实。
关于这个问题，我写了一篇文章，发表在期刊《应用物理》上。我在中国的一个国际展览会上演示了一台变压器，在科学家和其他专家中引起极大的兴趣。那个变压器有着优良的性能，而且事实上，它可以提高或降低电压而无需任何次级绕组。我的新定律允许我们——首先，打造大功率变压器，其重量和每单机容量的大小比传统法拉第变压器低20至30倍。其次，我做了一台变压器，尽管其尺寸和额定功率值很大，可在频率高达数兆赫下运行（传统变压器仅在30到50赫兹下运行，而如果你在100赫兹以上运行它们，金属会过热，变压器会损坏）。我的变压器可以在数百万赫兹的频率下安全运行。
传统变压器往往非常笨重，因为它们有大量的铁，一台标准4兆瓦变压器的重量有3670公斤。我的4兆瓦变压器的重量是370公斤。构建一台新变压器时，你可用任何质量的钢，而实际在可运行的频带上没有限制。不同于传统的变压器，新型变压器从制造地可以很容易运到使用点。这种新型变压器设计给我们一个巨大的机会去创造新一代的技术。”
请注意，变压器不在低频下运行。其频率范围是10千赫至40千赫，而电压至少需要40伏。
这里是马尔科夫教授的专利EP 844,626的大部分：
专利申请：EP 0844,626 1998年5月27日 发明人: 根纳季•A•马尔科夫
变压器
摘要
推荐的几种类型的变压器可用作电站、变电所、输电线的干线电气工程设备，无线电工程中、设备中用于测量、自动控制和管理。本发明的核心在于其原理为初级绕组由两节绕制并互相连接——以这样一种方式：变压器运行期间，初级绕组的一节产生的磁通补偿初级绕组的另一节产生的磁通。
变压器包括 (图.2) 一个磁路、两节有着相同匝数的节组成的、在一个方向上绕在磁芯上的一个初级绕组的磁路。两节绕组通过其输出彼此连接，而绕组的输入充当电源入口。次级绕组绕在磁路的同一个磁芯的初级绕组上，负载RH连接次级绕组。
变压器的开发实施方案的独特在于：初级绕组的各节绕在磁路的一个芯上（实施方案3），或在一个磁路的两个芯上（实施方案4），在那个方向上绕组的各节是不同绕制的（同向或相反方向），并因此绕组有一个不同的连接，并且还以有一个次级绕组为特征（在一个实施方案中是没有次级绕组的）。
描述：
技术背景
变压器是电能的电磁静态转换器，它有两个或两个以上的感应耦合绕组，并设计成以相同的频率把一个电压的正弦交流电流转换成另一电压的交流电流。
变压器的工作原理基于1831年由M•法拉第发现的电磁感应效应。按照结构和应用的具体特征，变压器可分为电源变压器、焊接变压器、测量变压器和特种变压器。
电源变压器，这是工业电网的必要元素，已得到了最广泛应用。变压器有两个基本部件：磁路和绕组。此外，大功率变压器有一个冷却系统。磁路是安装和固定绕组的结构基础，变压器的抽头和其它元件，用于把绕组间的磁耦合放大。
磁路部分绕组配置其上，被称为“磁芯”，其余部分，闭合磁路，是所谓的“轭”。变压器的绕组用于通过传递电能的方法产生磁场。电能施加的变压器绕组称为初级绕组，而取出能量的绕组谓之次级绕组。
已知发明与特种变压器或与变压器特定结构元件的改变有关；由某些材料及其结构外观的磁路的实现，磁路的互相连接，其中有许多磁路n，不同类型绝缘和冷却系统的应用，绕组的实现，附加元件以增强抗扰度。
本领域公知的一种车用变压器[PCT (WO), 93/14508]。这种小型、轻便的变压器由一个其上绕制着感应耦合输入和输出绕组的壳型铁芯构成。一个有空隙的磁元件在输入和输出绕组之间，而磁元件产生的强磁耦合位于输出绕组之间。元件置于空隙5d里，被磁芯所包围，包括一个无空隙磁路，一个绝缘板容纳磁路，并使它与磁芯和绕组绝缘。
本领域公知的一种变压器[PCT (WO), 93/16479]，磁芯由铁磁体线制成。建议用铁磁体螺旋线束磁芯。磁芯被用于一个开关里的差动电流传感器中去打开电路，它运行时有一个对地短路。铁磁体线绕成螺旋状，其线匝互相平行，并延展至整节磁芯。后者的位置靠近电流线，其中有短路监测，其中的两条线均连接到电源。其电流方向相反。磁芯与那些电流产生的磁场相互作用。这里用铁磁体线，可以大幅提高磁芯表面积而无需增加其横截面，并因此其大小也无需增加。
本领域公知的一种变压器[RU, C1, 2041514]由一个或数个磁性合金——包括硅、硼、铁制成的带绕磁芯和几个与磁芯感应耦合的绕组组成，其中磁性合金又含有铜、和一或数种选自铌、钽、钨、钼、铬和钒组的成分，以下面的合金成分比例，原子百分比：铜—0.5~2.0；由铌、钽、钨、钼、铬组组成的一个或数个成分，钒—2~5；硅—5~18；硼—4~12；铁—平衡。
本领域公知的一种变压器[PCT (WO), 93/18529]，由带有一个绕组的3或4种类型的绝缘装置组成。这种类型的变压器用很少的工时消耗就很容易组装。
本领域公知的一种有着条状绝缘的电流变压器[RU, C1, 2046425]，由单匝或多匝初级绕组和次级绕组组成，它被置于一个阻尼屏蔽里，并有终端。其中绕组由插入支承固定，而连接衬套被环氧化合物覆盖。变压器另有绝缘衬套，一个屏蔽置于初级绕组上，并托住夹具。绝缘衬套安装在夹具的半椭圆槽里，阻尼屏蔽做成开放的，且由两部分组成，在两个部件之间的间隙安装有绝缘垫，而插入支承衬套以适应固定阻尼屏蔽的方式安装在绝缘衬套中。
本领域公知的一种高压变压器[RU, C1, 2035776]由一个安装在插座上的瓷外罩组成。其上一个有效部分封闭在外罩中，被定位在压缩杆上。有效部分包括一个带轭的、上部和下部水平磁芯上定位了绕组的混合矩形磁路。为了降低抗扰度，变压器有额外的屏蔽——中间一个，上面一个，下面一个，以及一个电容屏蔽。
本领域公知的一种高压变压器的绕组[PCT (WO), 93/18528]，连接元件固定到绕组传导部分以提高其力学性能，而第二个连接元件通过绝缘元件的方式连接前述的连接元件。这样，绕组可以用作以树脂倾倒其上的干式变压器里的小匝数低压绕组。
本领域公知的一种强电流变压器[RU, C1, 2027238]由一个置于环形磁芯上的初级绕组和一个包围着初级绕组的次级绕组组成。其次级绕组是由放置在N段的圆环体内腔中和N-1段的圆环体外侧的软导线束制成，这里N是次级绕组的匝数，其中的束被配置成圆环体外侧上一层或多层。
然而，所有公知的变压器都是根据一个原理制做的，其中，尤其是——提供电力给初级绕组，再从次级绕组取电，而它们都有这些缺点：升压变压器的多匝次级绕组，尽管在相当窄的频带（50~400赫兹）里运行；变压器限定的频带与较高频率的磁路的损失有着；绕组的高电阻，即，变压器的空载条件在计算次级绕组匝数以获得预定输出电压时有必要考虑在内；当附加元件、绝缘等所有可能用于减少上述缺点时，变压器结构是复杂的。
本发明的公开
本发明基于以建立这样一种变压器为目的，在其中，用导线绕制次级绕组可资改善的地方，包括导线用横截面与初级绕组横截面相等的导线，实现高压变压器次级绕组中减少匝数，并使现有变压器的改型在数量上得到扩充。
这个目的实现了提出的变压器的结构中包括一个磁路、至少两个绕组、电源入口、负载出口，其中初级绕组包括两节有相同数目的线匝，各部分彼此串联连接。
建议的变压器中，初级绕组的两个部分在磁路的一个磁芯上向一个方向绕制，该部分通过绕组的输出串联连接，且其连接点用作负载的出口，而各部分的绕组的输入端作为电源入口。
上述技术的结果是通过建造一个变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相同方向绕在磁路的一个磁芯上，各部分绕组的输出连接成串联电路，而绕组部分的输入作为电源的入口。次级绕组绕在磁路的相同的磁芯上，在初级绕组部分的上面。
上述技术的结果是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相反方向绕在磁路的一个磁芯上，第一部分的绕组的输出和第二部分的绕组的输入彼此串联连接，而第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组部分上面的磁路的相同的磁芯上。
表明的目标是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分均以同一方向绕在一个磁路的两个磁芯上，第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入相互串联连接，而第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。同样的技术结果通过建造一个变压器来实现：其中初级绕组的两个部分以相反方向绕在一个磁路的两个磁芯上，各部分的绕组的输出彼此串联连接，而各部分的绕组的输入作为电源入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。
当初级绕组的两个部分在一个磁路的两个磁芯上向同一个方向绕制时，实现了同样的技术结果，其中第一部分的绕组的输入连接到第二部分绕组的输出，第一部分绕组的输出连接到第二部分绕组的输入，其连接点作为电源入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，包围着磁路的两个磁芯。
表明的目标是通过建造一台变压器来实现的：其初级绕组的两个部分以相反方向绕在一个磁路的两个磁芯上，两个部分通过输入和输出的连接点由此互相各自连接，而其连接点作为电源的入口。次级绕组绕在初级绕组的两个部分上，围绕着磁路的两个磁芯。
以下是本发明的基础：初级绕组的部分绕制并互相连接是以这样一种方式——这些部分当中的一个在变压器运行过程中产生的磁通补偿初级绕组另一部分产生的磁通。
如果建议的变压器的初级绕组的两个部分连接到有着电压U1的交流电网，则电流io将沿着它们流动。绕组iow1的一个部分的磁通势由于电流io，会在变压器的磁路中产生一个交变磁通量F1。同样，磁通势iow2，等于第一部分iow1的磁通势，在绕组的第二部分出现。由于各部分在互相串联连接，交变磁通量F2在初级绕组的第二部分出现，并把磁通F1相反定向，将补偿第一部分F1的磁通。然而，由于磁通势的感应，磁路的磁导率会改变。
当电网电流在半周下降时，磁路中出现磁导率的恢复，因而，在初级和次级绕组感应到电动势（emf）。其中，初级绕组的半周期中，次级绕组的电压通过整个周期。
两个绕组都以相同匝数用相反方向绕制，但由相对引线（第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入）互相串联连接的情况下，初级绕组io的磁通在也将等于零，即，在两个部分的绕组在同一个方向绕制的情况下，可得到相同的技术效果。当RH连接到次级绕组时，电压的形式并没有改变。输出电压取决于次级绕组中的匝数相比于初级绕组中匝数的增加。
这样建议的变压器的实施导致：
1) 次级绕组的匝数减少了10到20倍，因此，降低了变压器的尺寸；
2) 有可能用有着横截面等于初级绕组里的导线的截面的粗线绕制次级绕组；
3) 次级绕组有着大于或小于初级绕组线匝里的匝数，取决于变压器输出的高压的需要；
附图简要说明
此外，本发明将通过其实施的具体范例进行说明，并附图如下：
图.1展示的是获得专利的装置——根据本发明（电路）的一台变压器；
图.2展示的是根据本发明（电路）的变压器的另一个实施方案；
图.3展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.4展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.5展示的是根据本发明（电路）的变压器的又一个实施方案；
图.6展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.7展示的是根据本发明（电路）的变压器的一个实施方案；
图.8展示了初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化关系；图.9展示了钢片的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化关系。
本发明的最佳变型
依照本发明的变压器，根据图.1所示的实施方案，包括磁路1，初级绕组的第一部分2，初级绕组的第二部分3，线圈，a1和x1——第一部分的绕组的输入和输出，a2和x2——初级绕组的第二部分的绕组进和出，RH1——负载的电阻连接到第一部分，RH2——负载的电阻连接到初级绕组的第二部分。初级绕组的两个部分绕在磁路1上：第一部分2，第二部分3在一个方向上，并且它们有相同的匝数。绕组的输出x1和x2互相串联连接，而绕组的输入a1和a2分别连接到电源。负载电阻并联连接到绕组的每个部分：RH1在电流的路径中从电源到绕组的第一部分，再到各部分的绕组的连接点，而RH2与初级绕组的第二部分相应。
根据图.2所示的实施方案，与本发明相一致的变压器的制作与图.1所示的实施方案的变压器相似。区别存在于次级绕组4中，它用第三层绕制在磁路1的同一个芯上的初级绕组的部分2和3上。A和X标明次级绕组的入口和出口（同相和异相），RH——负载的电阻连接到次级绕组的引线A和X。
按照本发明与图.3的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.2所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组的各部分以相反方向绕制。第一部分x1的绕组的输出和第二部分a2的绕组的输入互相串联连接，各部分a1和x2的其它引线作为电源的入口。
按照本发明与图.4的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.2所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组2和3的部分是绕制在磁路1的两个磁芯上的。各部分通过相对的引线互相连接——第一部分的绕组的输出和第二部分的绕组的输入。次级绕组4绕制在初级绕组的各个部分上，并围绕着磁路的两个磁芯上。
按照本发明与图.5的实施方案相一致的变压器的制作类似于图.4所示的实施方案的变压器。区别是初级绕组的两个部分以相反方向绕制。各部分的绕组的输出x1和x2互相串联连接，而各部分的绕组的输入a1和a2作为电源的入口。
根据图.6所示的实施方案的变压器的制作类似于图.4所示的实施方案的变压器。区别在于第一部分a1的输入和第二部分x2的输出，还有第一部分x1的输出和第二部分a2的输入互相连接，连接点作为电源的入口。
根据图.7所示的实施方案的、与本发明一致的变压器的制作类似于图.6所示的实施方案的变压器。区别在于各部分是相反方向绕制的，通过输入a1和a2和通过输出x1和x2，各部分绕组互相连接，而连接点作为电源的入口。
根据图.1所示的实施方案中建议的变压器的运行原理如下：
1. 开路 (空载条件)
部分2和部分3的绕组的输入a1和a2分别连接到电源U（未显示），这些相同部分的绕组的输出x1和x2彼此连接成串联电路。电流I流经这些部分的绕组，这个电流在绕组的每个部分产生一个等于iw的磁通势mmf。因为各部分的通量相等并反向定向，它们相互补偿，且磁芯不会发生反向磁化，但由于磁路中磁场的叠加原理的维持结果，后者与场在微观水平的相互作用导致了域结构的应力相互作用和磁路材料的磁导率变化。
因此，电流通过初级绕组的各个部分的变化及时导致磁导率的改变，而后者的变化导致电动势出现在那些绕组中，在各部分的连接点和绕组的输入之间，但相对于由电源经过的电流由相位及时偏移。由于这个原因，在变压器的输出端的电压以实际上只是一个初级绕组就增加10至20倍。
2. 运行模式 (与负载连接)
负载电阻RH1在电流i的路径里从电源U连接到绕组的第一部分2，然后到各部分的输出的连接点，负载电阻RH2据此连接绕组的第二部分3。电源的电流 i 通过形成的闭合回路，其中初级电流 i 在每个回路中相应地增大到负载RH，这导致回路中电动势的改变——电动势的增大。在低负载电阻 (等于绕组电阻)，电压U将等于绕组上的压降，当负载电阻趋于增加到无穷大时，次级电压U将相应地增加，致使电动势在有一个初级绕组时,变压器的输出会增加几十倍。
根据图.2到图.7所示的实施方案的变压器的操作原理是与根据图.1所示的实施方案的变压器的操作的原理类似的。区分在于现在的次级绕组4。由于初级绕组的磁通势在那些实施方案中是保持打开的，空载电动势总是在其中感应，即，绕组中不产生自感电流，而得到所有的磁通势能作为次级绕组的电动势。在这种条件下，次级绕组中绕组导体的每单位长电场强度可以超过十倍，初级绕组中的电场强度由电源设置。结果，次级绕组与初级绕组相比可有更少的线匝，而电压比电源电压大数十倍。其中次级绕组里电压和电流形成重复在初级绕组里电压和电流的形成。
图.8显示了有着铁氧体磁路的变压器的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化的依赖。应当指出的是，磁路的导磁率mu随时间以下述方式按正弦形电流变化：它从0到pi/4增加，然后从pi/4到pi/2下降，接着从pi/2到pi3/4，导磁率的恢复速度再次增大，并从pi3/4到pi，mu的恢复减慢。结果，作为导磁率的这种变化，倍频的次级绕组中感应到一个电动势，并在初级绕组中对电流的半周有一个次级电流的全周期。
图.9显示了有着钢片的磁路的变压器的初级和次级绕组中的电流和电压的增加的程式化的依赖。对于这种类型的磁路,有一个从pi/6到pi/4的初级和次级电流曲线的形的位移，而电流的形还维持着。
对于每种类型的变压器的变压比进行实验确定。下面给出不同类型变压器的运行的具体实例，以便更好地理解本发明。 对于范例未提供的，用变压器的实施方案得到同样的结果。
范例 1
M600HH-8 K100-60-15铁氧体环用作磁路。初级绕组的两个部分，一个在另一个之上，另外，绕制在由四个环组装的磁路的磁芯上。两个部分的绕组的输出串联连接，负载电阻RH与每个部分并联——一端到的各部分的连接点，另一端——到各部分的输入，每个部分的绕组的输入连接到电源。各部分的匝数相同且等于60。该变压器的变压比为11。变压器的输出端的电压测量结果在表1。范例1，当变压器用铁氧体U形磁路制成时，得到的是相似的结果。
范例 2
由钢片制成的环型磁路，并设计为2.5千瓦功率用作磁路。初级绕组的两个部分绕在磁路的磁芯上，其两个部分均绕在一个方向上，其输出为串联连接，各部分的输入连接到电源。次级绕组绕在初级绕组上（绕制方向不影响变压器的运行）。变压系数实验测定，且等于5。初级绕组的一个部分的匝数为110，次级绕组的匝数也等于110，初级绕组和次级绕组线径相同，并等于1.2毫米。负载连接到次级绕组的引线。在初级绕组的输入和在次级绕组的输出测定电压，即，在负载上。测定结果示于表1，范例2。
范例 3
U型铁氧体用作磁路。磁路是由四个单元组装起来的。初级绕组的两个部分绕制在磁路的两个磁芯上，每部分在一个芯上。各个部分绕制时方向相反，但匝数相同。初级绕组里的总匝数为120。各部分绕组的输出串联连接，输入连接到电源。次级绕组，包围着两个芯，绕在初级绕组上。次级绕组的匝数为120。找到并确定的变压系数为10。结果在表 1，范例3。
范例 4
钢片制成的U形磁路用作磁路。初级绕组的两个部分绕制在磁路的两个磁芯上，每部分在一个芯上。各个部分向同一方向绕制，每部分匝数为120。第一部分的绕组的输出和第二部分绕组的输入，以及第一部分绕组的输入和第二部分绕组的输出互相连接，而其连接点连接到电源。次级绕组绕在初级绕组上，次级绕组的匝数为120。该变压器的变压系数为8.5。测量结果在表1，范例4。
工业实用性
所有类型变压器的样品制成并运行三至五年。全部范例都测试过，并能作为电气工程设备在实验室实践并进入工业企业。
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