高壓交流儲電器的製作方法

2024-01-23 23:16:15

專利名稱：高壓交流儲電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到儲電裝置。
在人們的生產和生活中，儲存直流電的裝置普通存在，並應用廣泛，如汽車用的液體儲電池、手電用的乾電池等，均是直流儲電裝置。而交流電要長時間儲存卻是件十分困難的事情；電容、電感元件雖然可以儲存交流電能，但其儲能時效甚短，如電力電容器雖然得到廣泛使用，但只能作為電路的補償部件來使用而不能作為專用的交流儲存裝置來使用。
本實用新型的目的是要提供一種高壓交流儲電器，它能將交流電能儲存起來，其儲存時效達幾小時以上，且儲存容量能大能小，輸出視在功率一般在0.1KVA以上。
本實用新型的設計原理如下大家知道，電磁場是可以儲能的，交變的電磁場是相互伴隨、相互轉化、循環不已的，且隨時間的變化而作周期變化。為使交變電磁場的儲能是個常數，必須保持一個以穩電磁場，使其周期變化緩慢一些，根據似穩條件製成的電感元件、電容元件在交流電系統中都是一個似穩電磁場。在外施電壓作用下，電流通過儲能元件，其內部便有電磁場產生，並以一定的電磁波速傳遞能量。因為電場強度E與電阻率ρ，電流密度ΔS成正比，在儲能元件中，電磁場強度同樣與容抗Xc或與感抗XL成正比。當場中電流密度ΔS變化而引起電磁場強度的變化時，容抗XL及感抗XL便要阻礙其變化，也就是在電感一電容一電阻(即L-C-R)的典型串聯電路中，外施電壓越高，電磁場強度便越大，電流通過越大，儲能量越多。當外施電壓撤除，即充電過程結束，不放電。電磁場達到飽和狀態，在電路阻抗Z作用下，剩餘電壓值越高，電場強度減弱速度越緩慢。所儲能量釋放也越慢。電磁場強度從最高值減到最低值的過程便表現為時效。所以，要使交流電儲存長時效，必須是高電壓。在L-C-R電路中，L主要是穩定電磁場兼儲能，而C主要是儲能，所以容抗大於感抗，使整個電路呈容性，電阻值很小，耗能也很小，這是L-C-R電路的主要特點。當外施電壓撤除，負載電流為零時，電容C向電感L反向放電受感抗Xc阻礙，速度很慢，時間長，而向電阻R放電又受到電容本身內阻阻礙，速度也很慢，時間長，電阻R耗能少，時間自會相對延長。所以，L-C-R電阻便可成為較好的高壓交流儲電單元。為了獲得所要求的儲電容量和較長的時效，以L-C-R為一個單元，可以進行多種組合後再與其它器件組裝，就構成了一個完整的高壓交流儲電裝置。
本實用新型的具體結構如下它由儲電單元(L-C-R)、隔熱絕緣層、外殼和高壓瓷管套組成。外殼中心裝有儲電單元，每一儲電單元均由一電感、一電容和一電阻依次串聯組成，其XL＜XC＞R,XL＞R(其中Xc為感抗，XL為容抗，R為電阻值)。高壓交流儲電器視其儲電容量大小和時效長短在其內芯中裝有一至多個儲電單元，它們經串聯、或並聯或串並聯結合的方式組合連接後外包隔熱絕緣層和外殼，其兩端頭連線穿過隔熱絕緣層和外殼出口處的高壓瓷套管而伸出殼外。為滿足高壓交流儲電器儲電容量大小和時效長短的需要，殼內芯中多個儲電單元的連接關係有四種1、由若干個儲電單元串聯組合成一個支路；2、由2個及2個以上的儲電單元串組成支路後再並聯成一個電路；3、由2個儲電單元組成並聯電路；4、由2個及2個以上儲電單元並聯後再串聯的多級電路。為滿足本儲電器交流高壓的要求，需要升、降壓變壓器和高壓斷路器開關與之配套，在本儲電器輸入電源線方連升壓變壓器，在其輸出電源線方連降壓變壓器，在升、降壓變壓器與本儲電器之間各還連有一高壓斷路器開關。
本實用新型具有如下優點1、能儲存交流電，且儲存容量可大可小，儲存時效可達幾小時至數十小時；2、其高壓交流儲電器為封閉式箱體，便於運輸轉移，且安全可靠；3、用途廣泛，可適用於發電行業配套，也可作獨立電源，是野外作業、航天航空、交通運輸行業急需的電動力器件。
下面就附圖與實施例對本實用新型作進一步說明

圖1本實用新型的結構示意圖圖2本實用新型的儲電單元電原理圖圖3本實用新型的配套使用系統示意圖如圖1所示，高壓交流儲電器Q由儲電單元5、隔熱絕緣層2、3、4、外殼1和高壓瓷套管6組成。外殼中心裝有5個儲電單元5，每一儲電單元又如圖2所示，它由一電感、一電容和一電阻依次串聯組成。5個儲電單元作串聯連接；其外面包有隔熱絕緣層，隔熱絕緣層共分三層內層4為雲母箔片(板)層，中層3為聚脂箔膜層、外層2為環氧酚配合壓布板層；隔熱絕緣層外包有外殼1，外殼以鐵板或鋁板製作。串聯的5個儲電單元組兩端頭連線穿過隔熱絕緣層4、3、2和外殼1出口處的高壓瓷套管6而伸出殼外。本儲電器配套使用狀況如圖3所示在儲電器Q的電源輸入線方連有升壓變壓器T1，它將380V電壓升為35KV；在儲電器的電源輸出方連有降壓變電器T2，它將35KV電壓將為380V，並在升、降壓變壓器與儲電器之間各連有一高壓斷路器開關K1和K2。
高壓交流儲電器儲電能力舉例計算如下；一、設1、儲電器輸出視在功率P1=UI×10-3=220×5×10-3=1.1KVA2、儲電器輸出有效功率P2=P1ηcosα=1.1×0.74×0.84=0.68KW3、儲電器最高工作電壓UQ=35000V串組η=5(單元)，則單元電壓UQ5=UQ/η=35000/5=7000V4、每單元輸出視在功率PQ5=P1=1.1KVA5、每單元的額定電流IQ5=PQ5/VQ5=1.1×103/7000=0.157A6、最大輸出電流IQ5大=IQ5/0.707=0.157/0.707=0.22A二、計算儲電單元(L-C-R)單個元件(一)電感線圈計算1、鐵芯；R2.5KB(軟磁錳鋅鐵氧體、園柱形)鐵芯規格φ10×6(cm)鐵芯截面S=D24102478.5cm2]]>
線徑d=2.44mm；線圈外徑D=20cm線圈匝數nL=4802、電感L=μη2LS/1式中鐵氧體平均磁導率μr=2000亨/m,μo=1.256×-8亨/cm鐵氧體平均長度I=6cmμ=μrμo則L=μrμoη2LS/I=2000×1.256×10-8×4802×78.5/6=75.72亨3、角頻率ωL=2πf=2π×50=314°/S4、感抗XL=ωLL=314×75.72=23776.08Ω5、電感電流IL=I05=157A6、電感電壓VL=XLIL=23776×0.157=3732.8V7、最大電流IL大=IL/0.707=0.22A8、最大電壓VL大=UL/0.707=3732.8/0.707=3279.7V9、瞬時有效功率PL=1/2×ULILsim2ωt(t=1s)=1/2×3732.7×0.157×0.994=291W(二)串聯電阻計算電阻芯φ50m/m鏮銅線徑φ=3m/m，繞線外徑φ=100m/m,LCP=150m/m匝數n=50/3×150/3=850電阻平均直徑φCP=75m/m，周長LCP=235.5m/m鏮銅線長LCP=235.5×850/1000=200.175m電阻值R=標稱阻值×LCP=0.0693×200.175=13.8Ω電阻電壓UR=RIR=3.8×0.0157=2.17V消耗的瞬時有效功率PR=URIR=2.17×0.157=0.34W(三)電容計算1、電容電流IC=IL=IR=0.157A2、電容電壓UC=UQ-UL-UR=7000-3732.9-2.17=3264.9V3、電容C=Ic/UcωcωC=ωL=314°/S=0.157/(3264.9×314)=0.0000001 F=0.1μF4、容抗Xc=1/Cω=1/(0.0000001×314)=31847Ω5、電容瞬時有效功率Pc=1/2×VcIcsin2ω=1/2×3264.9×0.157×0.994=254.7WXC＞XL不會發生諧振現象三、計算儲電單元(L-C-R)1、單元總阻抗Z1=R2+(XL-XC)2]]>=13.82+(23776.6-31847)2]]>=13.82+8070.42]]>=190.44+65131356=8070.38]]>2、單元總電壓UQ5=7000V3、單元總電流IQ5=UQ5/Z1=7000/8070.38=0.867A4、單元瞬時有效功率PQ5=1/1UQ5IQ5Sim2ωtt=1S=1/2×7000×0.867×0.994=6032.5W/2=3016W≈3.016KWPQ5＞P2即3.016＞0.685、串聯5組(5單元)則總功率PQ=PQ5×5=3.016×5=15.08KW功率比PQ/PZ=15.08/0.68=22.17倍四、計算儲電時效(靜態時間常數)在L-C-R儲能電路中，呈容性，且處於封閉靜態，故以電容內阻自持放電時間常數為儲電時效的主要依據。
1、已知絕緣介質為聚脂箔膜，介電係數εr=3(f=50)體積電阻率ρN=1017(Ωcm)2、電容放電時間τc=RC=8.86×10-14ρμεr=8.86×10-14×1017×3=26580(S)=7.38(h)3、聚脂箔膜介質損耗角正切為小於0.005，其損耗可忽略不計。
4、電阻放電時間τR=PL+PC/PR=291+254/0.34=1605(S)5、因為τC＞τR，故理論儲電時效τ1=τC6、已知一次串組η=5(單元)，修正係數K=0.2～0.5，總的理論儲電時效τ5=ητ1=5×7.38=36.9(h)，則τ5K=36.9×0.3=11.07h五、儲電器擊穿電壓1、已知工作電壓為UQ=3.5萬V，則UQ擊≥3×3.5≥10.5萬V2、電容元件擊穿電壓UC擊≥3.5×3264.9≥11427.V≥1.14萬V3、電感元件擊穿電壓UL擊≥3.5×3732.9≥13069.V≥1.3069萬V
權利要求1.高壓交流儲電器，由儲電單元(5)、隔熱絕緣層(2、3、4)、外殼(1)和高壓瓷套管(6)組成，其特徵在於外殼(1)中心裝有儲電單元(5)，每一儲電單元均由一電感、一電容和一電阻依次串聯組成，其感抗XL＜容抗XC＞電阻R，其感抗X2＞電阻R，儲電單元(5)有若干個，它們經串聯、或並聯或串、並聯結合的方式組合連接後外包隔熱絕緣層(2、3、4)和外殼(1)，其兩端頭連線穿過隔熱絕緣層(4、3、2)和外殼出口處的高壓瓷套管(6)伸出殼外。
2.根據權利要求1所述的高壓交流儲電器，其特徵在於殼內芯中多個儲電單元(5)的連接關係有四種——1、由若干個儲電單元串聯組合成一個支路；2、由2個及2個以上的儲電單元串組成支路後再並聯成一個電路；3、由2個儲電單元組成並聯電路；4、由2個及2個以上的儲電單元並聯後再串聯的多級電路。
專利摘要高壓交流儲電器，由儲電單元(L－C－R)5、隔熱絕緣層2、3、4、外殼1和高壓瓷套管6組成。外殼中心裝有儲電單元，每一儲電單元均由一電感、一電容和一電阻依次串聯組成，其感抗〈容抗〉電阻，感抗〉電阻，儲電單元有若干個，它們串聯、或並聯或串並聯後外包隔熱絕緣層和外殼，其兩端連線穿過隔熱絕緣層和外殼開口處的高壓瓷套管而伸出殼外。本儲電器能儲高壓交流，且儲存容量可大可小，儲存時效達數小時以上，可廣泛運用於各種需交流電源的設施與器具。
文檔編號H02J15/00GK2353086SQ9821512
公開日1999年12月8日 申請日期1998年5月28日 優先權日1998年5月28日
發明者周繼昌, 寇建國 申請人:寇建國, 周繼昌