[发明专利]静态高效电能机及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电学领域。

背景技术

现有的发电机绝大多数都是旋转式发电机，分为旋转磁场式和旋转电枢式两大类；太阳 能光伏电池属于一种静态发电，但其受到天气和时段的影响以及成本高昂不利于普及推广。

发明内容

本发明的目的是在现有技术之上大胆创新推出3种输出电能均远大于输入电能的全新电 力能源设备——静态高效电能机。

本发明的另一个目的是提供多种以移动式静态高效电能机组作为动力电源的陆海空电动 交通运输作业工具。

本发明所提供的3种静态高效电能机属于一个总的发明构思，是在变压器的基础上，利 用特有的电学现象改造创新而成，因为输出的电能远大于输入的电能，所以称为电能机，而 现有的各种发电机，输出的电能均小于输入的机械能或其他形式的能。说明如下：

1.串联谐振型静态高效电能机：由控制电源和串联谐振装置以及降压变压器组成；串联 谐振装置由高压电感线圈或可变高压电感线圈以及高压电容器或可变高压电容器串联组成； 降压变压器的输入(高压)线圈与控制电源的输出线圈或者还有可变补偿高压电感线圈串联 共同组成电感线圈，电路中的谐振电感量为各线圈串联形成的等效电感量，电路中的电阻为 各线圈串联形成的等效电阻，串联回路以调节电容量或调节电感量或电感量与电容量双调的 方式实现谐振。工作时控制电源输入频率固定电压可调的交流电；在电能机的容量范围内， 可变补偿电感器的电感量或可变电容器的电容量根据电能机输出端电压的变化能够手动或自 动进行调节，不论负载大小，都能使LC电路的固有振荡频率与外加电源频率相同，确保串 联谐振持续稳定；可变补偿电感器和变压器的高压线包采用绝缘树脂灌封，连接线采用高压 绝缘防水电线，各连接处绝缘密封；静态电能机中的高压部件经绝缘树脂灌封后安装在设有 冷却介质进出口的绝缘容器内，达到高电压防水级高强度多重绝缘，确保安全，系统部件在 工作中发热时可用冷气或空气或循环水或循环油强制冷却。控制电源经过漏电保护器以及空 气开关与谐振电路相连，变压器输出端低压线圈的引出线经过漏电保护器以及空气开关与用 电设备连接；控制电源输出端的内电阻以及电感线圈和变压器高压线包的电阻尽可能低，等 效电阻越低包括电源在内的整个串联电路的品质因数就越高，串联谐振型静态电能机的效率 也就越高；串联电感线圈的等效感抗与电容器的容抗大小相等时串联电路发生谐振，电抗 X＝X_L-X_C＝0，总阻抗Z＝R，串联电路中电流的大小决定于电路电阻和电源电压，I＝U/R。串联电感 与电容两端的谐振电压大小相等，方向相反，此时电路相当于一个纯电阻性负载电路，电路 中的电压与电流同相。在电源电压不变的情况下，串联电路的品质因数越高，电感或电容两 端的谐振电压就越高，U_L＝U_C＝IX_L＝IX_C＝QU。当X_L＞＞R或X_C＞＞R时，则分电压U_L或U_C远大于总 电压U，这种分电压大于总电压的现象，只有在串联谐振电路中才会发生。

串联谐振型静态高效电能机输出功率与输入功率的比值等于串联谐振电路的品质因数 Q＝IU_L/IU＝IU_C/IU。提高串联电路的品质因数通常有4个方法：1.电容器的损耗系数尽可能小； 2.电感线圈中的铁芯损耗尽可能低；3.电感线圈的电阻尽可能低；4.谐振频率尽可能高。降 压变压器输入线圈两端分配的谐振电压由其感抗决定，输入端的感抗与输出端的负载成反比。 降压变压器的线圈匝数固定不变，通过输入线圈(串联电路)的电流额定不变，尽管输入线 圈两端的谐振电压会随着输出端负载的大小发生相应的变化，但降压变压器输入的等效功率 不论输出端的负载大小都能保持额定不变。通常变压器的输入端和输出端没有电的连接只有 磁的互感(自耦调压器除外)，空载时变压器的主磁通Φ由空载磁通势I₀N₁产生，激磁电流很 小，额定负载时Φ1略大于Φ2，磁通势I₁N₁≈I₂N₂。