半波整流電動機和半波整流變壓器的製作方法

2023-06-12 03:49:16 2

專利名稱：半波整流電動機和半波整流變壓器的製作方法
技術領域：
半波整流變壓器由帶氣隙的鐵心變壓器構成，一、二次線圈分別相當於交流電動機的定子和轉子線圈，成為直流高電壓轉換成直流低電壓的變壓器。而半波整流電動機使用直流電源，相當於採用一隻或兩隻電子開關管取代了直流電動機的碳刷換向器，將鼠籠電動機改進成為直流電動機，不但提高了效率，而且比原鼠籠電動機可以節省一半銅線及鐵心，使成本降低一半。
背景技術：
電磁學理論建立的矢量關係，符合電感和電阻串聯電路加上正弦波形電壓自然換向時的穩定運行狀態。而對於過渡過程或者方波電壓強制換向運行狀態顯然不滿足矢量關係，但是電磁學理論沒有探討這種方波電壓強制換向運行狀態下的能量轉換關係，而直流電動機就是在方波電壓強制換向狀態下工作的，並且比正弦波形電壓自然換向運行狀態具有許多優點。因此研究電壓強制換向運行狀態，可以找到控制電動機負載與轉數相匹配的運行方法。
電磁學基礎理論將電子在導線中運動的動能忽略後，只討論磁場能量和電場能量的轉換關係，不能滿足能量守恆定律，因此電磁理論中存在許多矛盾和錯誤觀念，在這種錯誤觀念局限下，造成了電力系統中的主要設備輸電線路、變壓器和電動機的結構複雜，工作效率低，浪費原材料，浪費電能。電磁學理論中的錯誤觀念是將僅僅適用於正弦波形的電壓自然換向運行狀態的矢量關係認為是一種不可違反的自然規律了，因此將矢量關係的適用範圍無限的擴大化了。由此產生了一系列的錯誤和矛盾，主要有以下四個問題1、將真空磁場與鐵心中的磁化電流產生的磁場相混淆，鐵心中磁化電流及磁通量局限在磁路中不向外擴散，因此磁場能量可以完全轉化成電場作功能量。而真空磁場的磁路擴散到廣大的空間中，並以光速向外轉播，因此在低頻段照樣存在輻射能量，造成有功能量損耗。
2、鐵心的磁滯回線表明激磁電流過0時存在很大剩磁Br，這與電磁感應定律和矢量關係認為激磁電流與磁通密度B同步變化，電流與B同時過0相矛盾。
3、鐵心磁路存在氣隙時，氣隙中的磁動勢也可由鐵心中的磁化電流產生，永磁體磁場就可以在氣隙中產生磁動勢，這與基爾霍夫磁路第二定律認為氣隙中磁動勢完全由激磁電流產生相矛盾。
4、電壓強制換向引起感應電動勢E在電流上升階段小於電源電壓u，而在電流下降階段E值高於電源電壓u值。電壓強制換向造成電壓換向後總會重新出現未衰減的過渡過程狀態。這種狀態下矢量關係及電源電壓u和感應電動勢E與電阻電壓降之間的直角三角形的阻抗三角形都不成立。
現今技術出現的整流電路和電子開關管控制的電路穩定工作時都屬於電壓強制換向運行狀態，因此必須給出電壓強制換向過渡過程的功率轉換的定量關係。除了上述矛盾問題外，電磁學理論中還存在一些低級錯誤，只有將上述矛盾問題和低級錯誤糾正後，才能取得實質性理論進步。鼠籠電動機效率低，過載能力差的原因是，輸入能量過剩，使空載電流過大，其中有一半屬於無功電流，另一半才是激磁電流，因此應採用通、斷電的運行方式，克服輸入能量過剩的問題。本發明找到了採用電子開關管取代直流電動機的碳刷換向器，仍採用鼠籠型轉子，將定子改進成為兩相直流激磁，而正交布置的恆定磁極和感應磁極，成為直流電動機。使其具有直流電動機的一切優點，並比原鼠籠電動機可節省一半銅線和矽鋼片，使成本大幅度降低。同樣將變壓器改進成半波整流型也可提高效率並節省銅線和矽鋼片，使成本降低。
本發明糾正了電磁學理論中的矛盾問題和錯誤後，克服了錯誤觀念的局限，發明了半波整流變壓器和半波整流電動機。由於鼠籠電動機轉子電壓和電流無法測量，而轉子迴路相當於變壓器二次線卷，因此採用單相變壓器運行相量關係來推論電動機的運行參數之間的關係，反過來又由電動機運行參數的關係來驗證由變壓器推論出結果的正確性。所以二者必須在一個專利中才能相互驗證新觀念的正確性，這兩種新產品也都是根據同樣的新觀念設計出來的，結構和電路形式也相同，二者有不可分的緊密聯繫，因此在同一個專利中出現兩種產品。下面給出半波整流電路運行方式的理論依據。
實質性技術內容異步電動機的運行參數包括轉矩Tcm、轉數n、效率η、功率因數Cos、定子電流is及輸出功率p2始終沒有給出理論解，這些參數曲線依靠實驗測量。因此無法知道額定負載時為什麼效率比75％負載時要低，功率因數變化規律也給不出合理解釋，這說明電磁學理論還不完善。實際上存在許多常見的電磁現象沒有給出定量關係，或者與電磁學理論存在著矛盾，這才是造成異步電動機運行參數沒有理論解的原因。
主要體現在電動機由電源輸入的有功功率為p1，去掉定子銅損和基本鐵損後等於輸入給轉子的電磁功率pcm從pcm中去掉轉子銅損和風磨損及其雜散損耗後等於軸功率p2，電動機轉矩T2等於軸功率與轉子角頻率之比。轉矩T2的理論計算值比實際值要大，這說明電動機運行中還存在著未知的有功損耗。上面敘述的是電動機理論計算軸功率和轉矩的過程。從電動機運行向量圖看出，電源電壓us，真空感抗電壓IsXs，電阻電壓降RsIs與主磁通產生的感應電動勢Es四個電壓構成了封閉迴路，定子電流Is與上述四個電壓是串聯關係，這與矢量關係是直角三角形相矛盾。
這種錯誤不但在電動機理論中存在，在發電機、變壓器和輸電線路的計算效率的過程中都普遍存在。只有將上述矛盾化解後才會知道異步電動機效率低的原因，並可以找到提高效率的方法，那就是採用一隻或兩隻電子開關管取代直流電動機的碳刷換向器，將鼠籠電動機改進成直流電動機，並可節省一半銅線，而且可無級調速，不需要再裝配另外的起動設備，控制器只要一隻或兩隻電子管，而且續流由二極體導通，直接轉換成軸功率，因此電動機總成本比原鼠籠電動機還低，過載能力和性能與直流電動機相似。
未知的有功損耗涉及一種新能量形式，下面用兩個簡單實驗化解上述矛盾。
第一個實驗為此電源電壓u採用一隻二極體半波整流後接通單相變壓器一次線卷，並將額定電壓值降低一半，變壓器二次線卷開路，半波整流的感應電壓記為E，並使激磁電流i不換向，而周期增大一倍。電源電壓值降低一半後，仍保持uT＝常數，使鐵心磁通不會過飽和。
由實驗測得的半波整流的激磁電流並不比交流激磁電流增大，由這個簡單的實驗可以證明以下兩個問題。
1、剩磁Br很小鐵心不出現飽和現象，說明激磁電流i在不換向的情況下過0時的剩餘磁感應強度Br很小，磁化電流可在永久剩磁Br與極大值之間變化，證明認為磁感應強度B是激磁電流引起的觀念是錯誤的。磁化電流相當於變壓器線卷中的短路電流，是由感應電動勢產生的，因此B也是由感應電動勢產生的。電流上升階段的時間記為t1，感應電動勢作功等於E1it1是正值，電流下降階段的時間記為t2，感應電動勢作功等於-E2it2是負值，激磁電流i不換向始終是正值，E和i取有效值，將i消掉得下列定量關係式
E1t1-E2t2＝0……………………(1)造成磁滯回線剩磁Br大的原因是電流下降時仍然存在外加電源電壓，並等於直流電阻電壓降，使磁場無法釋放能量造成的。如果電流下降電源電壓與感應電動勢同時換向，吸收能量與釋放能量相等，就不會引起很大的剩磁。由定量關係式(1)知道，當感應電動勢遠大於內阻電壓降時，剩磁Br很小，但總不會等於0，電動機斷電後總存在一點永久剩磁，這種很小剩磁才是激磁電流換向後由反向激磁電流和反向感應電動勢的雙重作用下才能去掉。
另外電磁感應定律 中的負號是錯誤的，由於磁通量落後感應電動勢Er的相位角等於 ，而不等於π，所以負號應糾正成複數j=-1,]]> 才不會與感抗jωL相矛盾。
2、電磁感應定律成立的條件激磁電流過0點並不對應電動勢的極大值，這與交流電壓和電流不同，由於二極體整流電路工作在電壓強制換向狀態下，激磁電流的周期比感應電壓周期增大一倍，說明電磁感應定律和矢量關係都不成立了。只有正弦波形的自然換向狀態下電磁感應定律和矢量關係才成立。如果全波整流電路經電感給電容器充電，例如輸電線路就是電感，那麼電感造成電源電壓換向後仍存在續流，電壓換向後的這部分續流與電壓相乘是負功，使電能表產生制動力，等於電能表從有功中減掉相等的負功，因此電能表仍然將續流記成了無功。這部分續流給電容器充電後轉變成有功了，造成電能表漏記有功能量的現象。由於整流線路造成矢量關係不成立的技術問題並沒有引起電力系統的重視，亞太電效(珠海)及採用直流電源的產品能節電就是利用整流電路的這個特性。
前面實驗充分說明電動機可以在電壓換向而電流不換向的半波整流狀態運行，並將無功電流直接轉換成有功能量。
第二個實驗下面再用實驗證明鐵心磁路存在氣隙時，基爾霍夫磁路第二定律認為氣隙的磁動勢完全由激磁電流產生的觀念是錯誤的。為此採用沒有短路環的交流接觸器鐵心將氣隙總長度固定為1毫米，接通50赫茲交流電壓，按u＝4.44fBSN×10-8計算氣隙中產生磁感應強度B等於1萬高斯時，測得降落於氣隙中的磁動勢只有400安匝。充分證明1毫米氣隙降落800安匝磁動勢才能產生1萬高斯磁感應強度是錯誤的，基爾霍夫磁路第二定律與實驗相矛盾，說明電動機氣隙中的磁動勢是由激磁電流和鐵心中磁化電流各承擔一半共同產生的。電動機空載電流I0中包括有功損耗引起的有功電流IR，激磁電流Im和無功分量電流I0rI0＝IR+Im+I0r……………………(2)I0r無功分量電流是轉子電流中的無功分量在定子中的等效電流。I0r是由轉子迴路中引起的無功分量，因此應該與感應電動勢E成 相位角，並且同時在定子繞組和轉子迴路中引起銅損，而定子中的激磁電流只在定子繞組中引起銅損又不會在轉子中產生電流，所以激磁電流和無功分量電流是完全不同性質的兩種電流，應嚴格區分。電動機理論認為空載電流等於激磁電流，因此1毫米氣隙需要800安匝磁動勢，是將轉子中的無功分量電流誤認為激磁電流了。最主要的是將轉子增加的這部分銅損後並不能使電動機理論計算的轉矩與實際相符，說明仍存在另外未知的有功損耗。
電動機理論中定義的雜散損耗包括基波產生的轉子鐵損，高頻鐵損和轉子導條漏電引起的損耗，總之都屬於熱損耗。存在另外的有功損耗是一種沒被發現的能量形式。同樣發電機的理論計算的轉矩正相反而是小於實際轉矩，說明都存在著同樣的問題，理論計算的效率高於實際值。
由公式(1)知道強制電壓換向可以使激磁電流與感應電壓同時過0，也就是激磁電流與有功電流同步變化，直流電動機就是這種工作狀態，這是強制電壓換向運行方式的最突出優點。另外這種運行方式可以將無功電流直接轉換成為軸功率。電動機磁路存在著相對運動，相對運動的磁路與靜止磁路性質是不同的，造成電動機轉子存在著兩種類型作用力，起動時主要靠轉子導條l切割磁場B使i2產生旋轉力F＝Bli2，單相電動機不能起動的原因是一個磁極的左、右兩側是符號相同的磁極，而轉子迴路對應這兩個磁極的導條電流方向相反，因此作用力方向也相反抵消為0，這樣就不能起動了。所以必須疊加出左、右符號相反的磁極才能產生方向一致的作用力，使電動機產生轉矩而起動。另一種類型的作用力是磁場吸力F=12B2S0]]>但是轉子靜止時這種磁場吸力與氣隙垂直，不能形成沿切線方向的旋轉力，只有轉子旋轉後與定子磁場不能同步變化時，轉子正、負磁極相對定子磁極落後一個角度，正極與正極相對的磁場形成斥力，正、負相對磁場形成吸力，使磁力線沿轉子切線方向有分量時就產生了切向的磁場吸力了。這種磁場吸力總是產生有功功率，所以電動機負載由空載增加時引起的電流總是有功電流。
由上面分析知道只有找到這種未知的有功能量損耗後，從電源輸入的有功功率p1中扣除已知的能量損耗，再扣除未知的有功能量損耗，才能得到正確的軸功率p2，p2與實際轉數n的角頻率之比等於轉矩Tcm，才能得到與實際相符的轉矩。電動機的效率也與實際相符合了。這種未知的有功能量損耗是真空感抗電壓引起的輻射能量損耗。這種損耗在定子電流Is落後電源電壓相位角等於 時最小，如果相位角小於 ，則未知有功能量損耗增大，如果相位角大於 則銅損增大，只有相位角等於 時，效率最高。當電動機負載等於額定負載75％時，相位角才等於 ，這種狀態電動機的效率最高，這樣才能合理的解釋電動機效率的變化規律。
輸電線路中存在著真空感抗及電阻合成的阻抗，使負載電壓降低。電動機運行參數包括轉矩、效率、功率因數、電流、轉數、軸功率只能實測，長期以來理論計算的轉矩總比實際值大，轉矩等於軸功率與實際角頻率之比。由於電源輸入的有功功率扣除有功功率損耗後等於軸功率，因此理論計算的效率也同樣比實際值要高。這說明電動機有功功率損耗除了定子銅損、轉子銅損、鐵損、風摩損、雜散損耗之外還存在一種未知的有功功率損耗。找不到這種未知的有功功率損耗，就無法滿足電動機運行過程的能量守恆的矢量關係。現今技術採用存儲記憶示波器使測試筆開路在任何電磁場中都會測出50赫茲的電磁波在空間的輻射現象。這種習以為常的現象被人們忽略了。當年認為低頻不會產生輻射現象是由於測量技術條件所限，而量子力學又沒被公認的情況下產生了錯誤觀念。電磁爐及高頻加熱都是利用幾千赫茲的低頻段輻射能量來工作的，50赫茲頻率也同樣會產生輻射能量，只不過頻率越低輻射能量的範圍越廣大，而頻率越高輻射能量的範圍越集中。微波以上的頻率則輻射能量成為一條直線了。任何頻率都存在輻射現象，低頻輻射是低電壓大電流，因此接收天線中感應低頻電壓很低，在電磁學理論建立的時代接收不到這種輻射而認為低頻不會產生輻射。輻射損耗就是電磁學理論未知的有功損耗，可以證明真空磁場能量就等於電子在導線中定向運動的動能，輻射能量也等於電子損失的動能。這個問題涉及到一種能量存在的型式，也涉及到可以化解量子力學與經典理論之間的矛盾，下面證明這種新觀念成立的理由。
1、宏觀導線電流真空磁場能量等於電子動能之和量子力學給出基本粒子的動量mυ等於普郎克常數h與波長λ之比，則m=h]]>如果將基本粒子看作是繞軸心自旋的圓盤，半徑為r，波長等於2πr，代入上式得m=h2r]]>將上式右邊分子和分母乘以角頻率f可得下式m=hf2rf=hf]]>將上式左右分別乘以角量子數 ，可得下列關係式12hf=12m2..............................(3)]]>電子質量為m，角量子數等於 ，(3)式成為電子固有能量 ，成為電子自旋動能關係式。
電子固有磁矩s=eh4m,]]>固有動量矩ps=12h2]]>則sps=ge2m=em]]>電子g因子等於2，上述量子力學關係式可以證明也同樣適用於宏觀電路導線中電子的運動規律。
為簡單起見，假設N匝導線形成半徑為r的圓筒，導線總長度等於N2πr，外加電源電壓為u，導線內阻熱損耗功率對應的是電子碰撞損失的動能，Ri等於熱損耗功率。那麼真空感抗電壓uL對導線中自由電子產生的作用力F引起的是無功電流，也就是真空磁場能量，因此該作用力F使導線中自由電子產生的速度不會發生碰撞而損失速度。所以真空感抗電壓在導線兩端產生的電場強度為E=uLN2r,]]>E對電子作用力F為下式F=Ee=uLeN2r..............................(4)]]>電子加速度為a，則F＝ma代入上式得uLeN2r=ma..............................(5)]]>由運動學可得電子走過N2πr的時間記為t，達到最大速度為υm，可得N2r=12at2..............................(6)]]>υm＝at…………………………(7)將(6)、(7)代入(5)式可以得電子動能公式如下uLe=12mm2..............................(8)]]>(8)式表明電子定向運動動能等於真空感抗電壓與電子帶電量的乘積，那麼有n個自由電子走過N2πr距離時形成的電流極大值im等於ne與t的比值，則im=net..............................(9)]]>於是得uLne=12mnm2..............................(10)]]>真空感抗電壓uL的功率等於uL與電流i的乘積uLi。由動能公式知道功率等於真空感抗電壓與電流的有效值乘積的係數與動能係數 是一致的。
同樣電流im形成的磁矩μs等於電流im與包圍面積s＝πr2的乘積s=netr2]]>n個電子繞圓心的動量矩ps等於n個電子對圓心轉動慣量nmr2與角速度ω的乘積ps＝nmr2ωω等於2πr與t之比，則ps=nmr22t,]]>磁矩與動量矩之比為下式
sps=12em..............................(11)]]>(11)式中的 是由於電子對圓心轉動慣量係數為1引起的。與量子力學給出的電子固有磁矩和固有動量矩之比只差角量子數。(10)式及(11)式充分說明宏觀電路中電子運動規律與微觀粒子是相同的。可將圓筒形線卷推廣到任意電路中。電子繞原子核的軌道取分離值是電子自旋方向翻轉一周才能形成穩定軌道，因此取分離值，那麼轉過一周的時間就等於周期，周期倒數等於頻率，頻率隨軌道而取分離值。但是引起輻射的原因是由外界能量激發電子脫離軌道後，電子向原子核入射過程中，電場力作功等於兩倍的電子動能，一半能量輻射了，另一半能量轉換成為軌道能量。所以沒有外界能量參與是不會發生輻射現象的，而宏觀電路同樣存在輻射現象，也是由外加電壓和真空感抗電壓方向相反引起輻射，只不過外加電壓的頻率是由人為控制可以連續變化而已。這樣就化解了量子力學與經典理論的矛盾。
下面用實驗和理論推導證明50赫茲及任何頻率都產生輻射現象，並向真空中輻射有功能量。
2、真空感抗電壓的性質給真空線卷串聯一個很小的無感電阻，使電阻之和R值等於感抗ωL值、真空感抗電壓uL值等於電阻電壓降Ri，電源電壓u＝umSinωt為斜邊，uL和Ri分別是兩條直角邊，穩定電流解i＝imSin(ωt-)，則 im=umz,]]>z=2L2+R2,]]> 電流上升階段對應電源電壓有效值之間的波峰段，電流下降階段對應電源電壓過0點的波谷段。電流在半波之內的電阻熱損耗功率wR等於電阻電壓降有效值和電流有效值乘積wR=12Rim2,]]>因此熱能QR等於功率wR與半周期 的乘積QR=wRT2=T4Rim2..............................(12)]]>電流是正弦波形，上升階段能量與下降階段能量相等，於是電流上升階段的熱能等於QR2=T8Rim2.]]>由於兩條直角邊相等uL＝Ri，在電流上升階段真空感抗電壓的功率wL＝uLi，真空磁場能量QL=12Lim2,]]>QL=QR2]]>則有下式12Lim2=T8Rim2..............................(13)]]>對應電流上升階段電源電壓為波峰段，功率ui作功能量Q1，等於電阻熱能 與真空磁場能量QL之和，為下式Q1=12Lim2+T8Rim2..............................(14)]]>將(13)式代入(14)式可得
Q1=QR=T4Rim2..............................(15)]]>(15)式說明電流上升階段電源電壓輸出的能量已經等於電阻在半波之內的全部熱能。採用存儲記憶示波器將無感電阻電壓折算成全電阻電壓降Ri與uL，u構成等腰直角三角形。im點電流開始下降，真空感抗電壓uL在該點過0，該點對應電源電壓下降沿的有效值那個點，真空磁場能量等於轉化成電阻熱能與向電源釋放能量之和。吸收能量等於釋放能量，二者抵消等於0，因此不必計算真空磁場能量。
電流正半波之內，電源電壓作功功率為正值時，系統向外輸出能量，功率為負值時，系統吸收能量。電流上升階段，電源功率為正值輸出能量等於Q1，真空感抗電壓功率為負值吸收能量。在電流下降階段，真空感抗電壓功率為正值輸出能量，而電源電壓功率在電流極大值點到下降沿的有效值點為正值輸出能量等於Q2，電流有效值對應電源電壓過0點，由此點電源電壓換向成為負值，而電流不換向仍是正值，電源電壓功率從過0點後成為負值吸收能量等於Q3，直到電流下降到0為止。而電阻電壓降始終是正值，功率也為正值向系統之外輸出熱能。按電磁學理論功率的極大值與0之間的平均值等於12w=12Rimim,]]>平均功率乘以時間等於能量。電流下降電源功率為負值的時間段，功率極大值點發生在該時間段的中點，並以中點為對稱中心兩側功率都等於0，一側是電源電壓等於0，另一側是電流等於0，功率平均值仍等於 與該時間乘積等於能量，由此可計算出Q2及Q3Q2=120.707umimT8=0.707T16umim]]>Q3=-120.707um20.707im2=T128umim]]>由於真空感抗電壓作功等於真空磁場能量，是無功，吸收與釋放能量之和等於0，因此電源輸出的能量等於Q1+Q2，電源吸收的能量等於Q3，而Q1等於電阻損耗的能量，那麼Q3-Q2等於0才能滿足能量守恆定律，但實際計算結果Q3-Q2不等於0，證明電磁學理論籠統的認為磁場作功等於電場作功的觀念是錯誤的。電磁學理論從沒有嚴格分段計算出能量的轉換關係，也沒有嚴格規定系統輸出能量為正值，吸收能量為負值，而是隨意給出真空磁場是無功的定義造成了嚴重錯誤的結果。本文用實驗和理論推導證明真空感抗電壓作功產生輻射能量，因此真空磁場存在有功能量損耗。上述實驗證明電場作功能量等於熱損耗能量和輻射現象引起的有功能量損耗之和。
由上述分析知道，產生輻射的原因是正弦波形的電壓在自然換向狀態下出現真空感抗電壓與電源電壓方向相反的現象，電壓反向對導線中電子的作用力方向相反而抵消，造成了電子動能的損耗，出現了輻射現象。如果在電流極大值點將電源電壓關斷，使電流經續流二極體放電或向電容器充電，造成真空感抗電壓等於電阻電壓降與放電電壓之和，那麼真空感抗電壓作功才能轉化成熱能或電容存儲的能量，放電電壓與真空感抗電壓方向相反，放電電壓吸收能量，真空感抗電壓釋放能量，二者作用力方向一致不會出現輻射現象。如果關斷電源電壓不設計出吸收放電的能量迴路，那麼就會產生更強烈的輻射現象，造成更大的有功能量損失。
從電動機運行相量圖知道，電流包括有功電流和無功電流，因此視在電流落後電源電壓的相位角大約等於 左右，定子線圈中存在輻射損耗引起的有功能量損耗，它與銅損大致相等，因此相位等於 時效率最高，相位角小於 時輻射損耗增大，大於 時銅損增大。將輻射損耗計算在內，運行參數理論解與實際就相符了。由於電流包括有功電流時，電源電壓作功功率大於無功功率，輻射造成有功能量損耗，引起矢量關係與電磁感應定律存在矛盾，阻抗關係與能量守恆也是矛盾的，只有承認輻射能量，才會滿足能量守恆定律。
矢量關係的本質是直角三角形，有功功率和無功功率分別是兩條直角三角形。有功功率和無功功率分別是兩條直角邊，而電源電壓與電流的乘積是視在功率為直角三角形斜邊。下面以變壓器運行相量圖為例給出正確的矢量關係圖。
首先必須給出矢量關係的嚴密定義變壓器二次線卷的感應電動勢E2與各段導線中電壓和負載電壓構成直角三角形封閉迴路，而E2是直角三角形中的斜邊；無功電壓作為一條直角邊，等於各段導線真空感抗電壓與負載中的無功電壓分量之和；有功電壓作為另一條直角邊，等於各段導線電阻電壓降及各段導線輻射損耗電壓降與負載中有功分量電壓之和。輻射損耗電壓降是交流輻射電阻產生的，交流輻射電阻記為Rf,輻射損耗電壓降等於Rf與電流i的乘積，封閉直角三角形稱功率三角形。
由於電流只有大小和正、負，符合標量的定義，因此電流是標量而不是矢量。而電壓不但有大小和正負，還存在有功分量和無功分量及視在電壓不同的方向，因此電壓是矢量。而電壓等於電流與阻抗的乘積，電流是標量，當然阻抗是矢量了。由此產生三種矢量關係構成的三角形功率、電壓、阻抗三種矢量直角三角形。場的疊加原則必須遵守有功電壓仍然與有功分量相疊加，無功電壓與無功分量相疊加，二者不能混淆，這樣才能構成直角三角形的矢量關係。而變壓器一次線卷和電動機定子線卷中存在著激磁電流，激磁電流包括鐵損電流和產生磁通量的無功電流，鐵損電流記為if，二者屬於兩種不同性質的電流，不能將二者相混淆。鐵損電流iR是由電源電壓作功引起的鐵損功率，所以iR與電源電壓u的乘積u·iR是有功功率，不存在三角形關係。電源電壓u作為直角三角形斜邊，真空感抗電壓uL與感應電動勢E1相加後作為一條直角邊。電流i1-iR後與線圈電阻R1乘積為R1(i1-iR)，則R1(i1-iR)是電阻電壓降；對應輻射能量存在交流輻射電阻，記為Rf，則Rf(i1-iR)等於真空輻射電壓降，也是有功電壓。兩個有功電壓相加為另外一條直角邊，構成封閉的矢量關係直角三角形。
電動機的運行相量圖也是如此，定子矢量關係與變壓器一次線卷矢量關係相同。而電動機轉子導條迴路切割磁力線產生動生電動勢記為uυ，則uυ＝Bli2，顯然uυ與磁感應強度B同相位，uυ落後感應電動勢E的相位角等於 ，定子繞組為n匝，一匝感應電動勢等於 ，E的相位角超前 ，轉子電流i2由 產生的，因此i2與E同相位，是有功電流，而uυ則是有功電壓，在定子繞組中的有功等效電壓等於Nuυ由三種有功電壓之和Nuυ、R1(i1-iR)、Rf(i1-iR)疊加成為另一條直角邊。電源電壓、無功電壓和有功電壓構成封閉的直角三角形，這樣由一個直角三角形形成的變壓器或電動機運行相量圖才會與矢量關係相符合。二次線卷迴路輸出的感應電動勢由另外符合矢量關係的直角三角形構成一個獨立體系。可見只有正弦電壓自然換向運行方式，才存在矢量關係，但是這種運行方式的最大缺點是存在輻射現象造成了有功能量損耗，電磁學理論忽略了電子動能後，也忽略了輻射現象，認為低頻不產生輻射的觀點是錯誤的。
而變壓器和電動機運行相量圖中是由電源電壓u，電阻電壓降R1i1，真空感抗電壓uL及感應電動勢E1構成的四邊形。無功分量uL與E1不是在同一個方向的直角邊上，怎麼會同時成為無功功率呢？所以變壓器和電動機運行相量圖與矢量關係相矛盾，與能量守恆定律相矛盾，是一種錯誤的相量關係運行圖。前面分析知道，電磁感應定律中的負號是錯誤的，真空電感係數為L，則＝Li代入電磁感應定律可得下式 真空磁場分布在廣大的空間中，無法確定磁場的平均距離，因此電感係數L值只能實測或憑經驗公式計算(見電機工程手冊第二版基礎卷二)。本文採用電子動能取代真空磁場能量，可得12Lim2=12nmvm2..............................(17)]]>上述電磁感應定律及矢量關係只能適用於正弦交流電路，電磁學理論並沒有探討直流方波電壓的運行狀態及其參數的運行規律，下面給出直流方波電壓的運行規律。
直流電壓U給電感係數為L的真空線卷充電時間常數=LR,]]>則直流電阻R電壓降記為uR等於Ri，經τ時間上升到0.64U值，平均值記為 ，則u-R=120.64U=0.32U..............................(18)]]>令τ時刻的電流值為極大值im，則i=im=ne..............................(19)]]>在τ時間內從波形上看電流是線性上升的，im處於剛要出現拐點處，將τ時間內平均電流記為 ，則i-=12im=12ne...............................(20)]]>將 代入(18)式可得平均功率u-Ri-=0.16Une,]]>電阻熱損耗能量QR，則QR=L-u-Ri-=0.16Une..............................(21)]]>真空感抗電壓uL的平均值記為 等於直流電壓U與電阻電壓降平均值 之差，則u-L=u-u-R=0.68U.............................(22)]]>
真空磁場積累的能量記為QL，則QL=u-Li-=0.34Une...............................(23)]]>同樣電源電壓U作功的能量記為Q，則Q=ui-=0.5Une..............................(24)]]>在電流上升階段，電源電壓為正值，真空感抗電壓為負值-uL，電阻電壓降也為負值-uR，則U-uL-uR＝0…………………………(25)在τ時刻，電源電壓突變為負值，而真空感抗電壓變為正值，電阻電壓降仍然是負值，則-U+uL′-uR′＝0…………………………(26)可見該段電壓與電流乘積為正值時該電壓作功向外輸出能量，當該段電壓與電流乘積為負值時該電壓作功吸收能量。電流不變方向而熱損耗總是吸收能量。
從τ開始電流下降，電源電壓及電阻電壓降平均值不變，而uL′在電流下降階段平均值記為 ，uL′增大，由公式(26)可得下式u-L=12(U+u-R)=1.32U................................(27)]]>電流上升和下降，平均值i-=12im]]>是不會變的，而真空磁場吸收的能量等於釋放的能量，因此QL=uLi-=uLi-t2,]]>可得下式uL·τ＝uL′·t2…………………………(28)由(22)式及(27)式可得t2=2,]]>電流平均值i-=ne2,]]> 與R乘積是電阻電壓降uR，電流下降階段熱損耗能量QR′為下式QR=0.32ui-t2=0.08Une]]>同樣電源電壓u′吸收能量為Q′，則Q=Ui-t2=0.26Une]]>而真空磁場釋放的能量等於Q′與Q′R之和，則QL=2uLi-=0.34Une]]>電流下降階段也滿足能量守恆定律說明，計算得到的t2值是正確的。實際上變壓器二次線卷出線口短路的電流值等於額定值時的電壓值與額定電壓比稱為阻抗比，當阻抗比等於45％左右變壓器短路電流值就等於對應時間常數τ的電流值，阻抗比不同時，時間常數也不同，按比例 同步變化。而電動機的堵轉電流對應的是轉子短路時的短路電流值。
當電流上升時間小於時間上升時間小於時間常數τ的情況時，將電流上升時間記為t1，當t1＜τ，那麼真空感抗電壓uL在電流上升階段會增大，而電阻電壓降uR會按比例減小，uL與頻率成正比例的增大後使真空磁場吸收的能量增大。而在電流下降時，真空磁場能量釋放完，釋放能量等於吸收能量，因此uL′與t2仍滿足(28)式，將(28)式寫成普遍成立形式，則uLt1＝uL′t2…………………………(29)隨f增大使放電時間t2逐漸接近t1，真空磁場能量也接近電源輸出的餓能量，f足夠大時，則t1≈t2，按頻率上升而放電時間t2向充電時間t1接近的變化率也是雙曲線函數關係。當t1在3t1]]>範圍內的變化率仍然按線性變化來計算不會引起太大誤差，不詳述了。
必須強調指出，在正、負交變的方波電壓強制換向運行時，由於感抗電壓在放電過程中大於電源電壓U的峰值很多，因此不存在電壓直角三角形的矢量關係。而且感性電路電流不能突變，電壓可以突變，因此電源電壓U、感抗電壓uL及電阻電壓降uR的瞬時值滿足(25)和(26)式，各段電壓值和電流值只有大小和正負而成為實數，因此電壓和電流都是標量而不是矢量了。將上述關係推廣到鼠籠電動機的轉子迴路中，轉子迴路電流不會引起主磁通磁場，只存在真空磁場及動生電動勢。
鼠籠電動機轉子迴路中存在動生電動勢uυ，則uυ＝Blv，顯然uυ與磁感應強度B同步變化，加在轉子迴路上的感應電動勢 ，超前B和uυ相位是 ，因此轉子電流i2和uυ同步變化，uυ是有功電壓。轉子迴路的電阻電壓降uR＝R2i2，u2R+uυ是有功電壓，有功電壓的定義是，總是負值的電壓值，在電流上升和下降階段都吸收能量稱為有功電壓。uυ總是跟隨一個極性的定子磁極旋轉，因此不會改變符號，是有功電壓值。轉子迴路中的真空感抗電壓u2L是無功電壓，無功電壓的定義是，正負變化的電壓值，在電流上升階段為負值吸收能量，在電流下降階段是正值釋放能量稱為無功電壓值。定子繞組感應電動勢E成為轉子迴路輸入能量的電源電壓 ，N是定子繞組匝數，因此有下式成立EN-u2L-u2R-u=0..............................(30)]]>當轉子電流i2與定子電流i1同時上升為極大值時採用IGBT開關管控制定子繞組斷電，斷電後放電電流經續流二極體給反向電源充電，可得下式
u2L-EN-u2R-u=0...............................(32)]]>由於E和E′近似等於電源電壓U值仍是方波。U是已知的，取代E不會引起太大誤差。而u2R和uυ是線性上升的，極大值分別是Ri2m及Bmlυ也小於 的值，因此真空感抗電壓值uL在電流上升時極大值u2Lm=UN,]]>極小值等於0，平均值等於 u-2L=UN-12(R2i2m+Bml)]]>在電流下降時，平均值 ，則u-2L=UN+R2i2m2+Bml2,]]>真空磁場吸收和釋放的能量分別記為Q2L和Q2L′，由Q2L＝Q2L′可求得t1與t2的定量關係t1=UN+R2i2m2+Bml2UN-R2i2m2-Bml2t2................................(32)]]>可得t2=t13,]]>準同步運行時不能使轉子電流下降到0時轉過一個磁極位置，必然會產生很大的無功電流。由上面分析知道，提高頻率後可使t2接近t1，使轉子和定子磁場接近同步，因此採用提高頻率，降低轉速，使其遠小於同步轉數狀態下運行，轉子動生電動勢uυ＝Bmlυ減小後，t2可接近t1，當頻率提高兩倍以上時，仍使轉速不變，動生電動勢uυ降低，通電時間t1降低一半，轉子電流i2降低一半，則電阻電壓降 和uυ都降低一半，代入(32)式可得t2＝0.6t1，如果頻率提高三倍時，t2＝0.78t1已經接近轉子電流和定子電流同步過0了。只要t2大於t1二分之一後，就比原鼠籠電動機有功電流超前磁場 相位角的無功電流要減少許多。說明原鼠籠電動機輸入能量過剩，使轉子超前定子磁極角度過大，當轉過一個磁極時電流沒有過0，引起無功電流增大，由此可以找到控制電動機負載與轉數相匹配的運行方法。
本發明的技術特徵在電流上升時採用高頻運行方式，在電流下降時採用低頻運行方式，在半波之內將高頻運行和低頻運行相結合，這樣可以大幅度減少銅鐵損，解決的技術方案如下所述。
線路如附圖1所示，感應電極繞組L1和恆定磁極繞組L2串聯，分別由電子開關管G1和G2控制通斷電。電流上升時G2首先導通，然後G1立刻導通，由於恆定磁極繞組並聯大電容器C2，C2又與二極體Z3並聯，因此L2恆定磁極繞組電流變化不大。而感應電極繞組並聯小電容器C是為吸收開斷過程的電壓突變能量，因此L1電流是線性上升的，當上升為極大值時G1斷開，L1電流經續流二極體Z1、G2仍向C2放電，放電電壓等於uc，uc＜U轉子電流i2下降速度變小，第一次放電時間仍記為t2，轉子放電電壓等於uυ，uυ在定子繞組中等效電壓等於Nuυ，當轉子電流i2快要下降到0時，G2斷開，感應電極電流i1經續流二極體Z1和Z2向直流電源U放電，第二次放電時間記為t3，滿足下式時即可使感應電極去磁。
Ut1＝uct2+Ut3…………………………(33)第二次放電時由於轉子電流已經下降到0，轉子又轉過一個磁極的位置，因此轉子迴路不會產生反向電流。如果t3控制不準確，轉子電流提前下降到0，由於Nuυ小於電源電壓U，沒有放電迴路，那麼反向電流也不會上升很大，因此t3時間內不會出現很大的制動力，相當於電動機空轉狀態。當G1和G2再次導通，使轉子電流重新上升。將感應繞組按U＝4fNBS設計，按頻率100赫茲設計，感應繞組匝數比原鼠籠電動機匝數減少一半，導線截面積增大一倍，額定電流可提高一倍，輸出功率也提高一倍。額定負載時電動機實際轉數比原鼠籠電動機提高50％左右，而電流增大50％，這就是準同步運行狀態，但是準同步是指75赫茲為同步轉數，也就是50與100赫茲的平均值。
同樣按標量體系中的有功電壓和無功電壓的定義可以求解定子繞組電流上升時間記為t12的定量關係，如果能找到與轉子電流電流變化規律為同步的方法，就可以使電動機轉矩不出現制動力而穩定運行了。將i2折算到定子電流 與激磁電流之和，激磁電流記為i1w，則i1=i2N+ilw..............................(34)]]>定子繞組的內阻記為R1，電阻電壓降記為R1i1，感應電動勢為E，由安培環路定律知道激磁電流已經疊加在磁通產生的磁場中了，前面也是將uL與E疊加在一起仍記為E，所以定子繞組中不在出現真空感抗電壓了。電源電壓為U是正負交變方波。電流上升階段有下式U-E-R1i1＝0…………………………(35)電流下降階段則E′-U-R1i1＝0…………………………(36)由於 比激磁電流i1w提前下降到0，而激磁電流電阻電壓降可忽略時，E′與E接近電源電壓U值，電流上升時間記為t11，電流下降到0的時間記為t12近似計算將t11＝t12不會引起太大誤差。另外定子電流上升時間和轉子電流上升時間是相等的，是由強制電壓換向的電子開關管IGBT控制的，因此有下式成立
t1＝t11＝t12…………………………(37)感應電極繞組通電時間t1等於50赫茲時的5毫秒的三分之一，即1.67毫秒時可使電流比原先增大三倍，斷電時不在輸入能量時，輸入的平均電流也比原來增大50％，轉矩增大50％，轉數也增大50％，因此輸出功率增大了一倍。理由如下轉子迴路輸入的感應電壓是方波，由於電流是三角形，因此動生電動勢uυ與電阻電壓降之和是三角形，平均值等於感應電動勢一半，又因為按100赫茲的T4=2.5]]>毫秒，額定負載情況下通電時間只有1.67毫秒，是2.5毫秒的三分之二，所以uυ與電阻電壓降之和的平均值等於感應電動勢的三分之一，那麼公式(33)中的t2可等於t1的三倍，t3等於t1的二分之一即可去磁。
由於電動機轉矩與轉數乘積等於軸功率p2，而軸功率p2與恆定磁極感應強度B成正比，B與uc成正比，因此p2與uc比例係數記為k1，則uc＝k1p2電容器的電壓uc等於帶電量q與充電電流和充電時間t2成正比，比例係數記為k2′，令k2=k1i2c,]]>則uc=k2i2ct2=k2t2]]>uct2＝Ut1有下式成立uc=k1p2=k2t2=Ut1t2...............................(38)]]>按(38)式可實現無級調速，並可以測量直流電源電壓和電容器電壓uc，準確控制電動機轉數，使電動機轉數與負載相匹配穩定運行。
額定功率時額定轉數記為標準值，則對應C2電壓值記為uk，uk為標準值，測量運行uc值，如果uc＜uk，說明實際轉數大於標準轉數值，應減小通電時間t1，降低實際轉數，趨近標準值。反之，如果uc＞uk，說明實際轉數小於標準值，應增加通電時間t1，使實際轉數達到標準轉數。
當需要調速時只要縮短通電時間t1，延長斷電時間t2，t3放電時間不變即可去磁。感應電極和轉子迴路磁場能量大幅度下降，放電電壓小於電源電壓U，電容器電壓uc下降後，Bm下降，使轉速下降，uc與轉速可同步下降，可實現無級調速。起動時相當於在低轉速下運行，逐漸增大t1時間，最後進入穩定運行狀態。電動機負載突然增大時，轉速υ降低引起uυ降低，i2自然會自動上升，同時引起i1上升，自動維持轉速不變，使電動機穩定運行。
對於小型電動機，恆定磁極的激磁能量等於有功能量的情況下，可以採用一隻電子開關管IGBT控制感應電極繞組工作。如附圖2所示。
本發明使用的控制器只需要兩隻電子開關管IGBT，由於直接使用直流電壓，接近交流電壓的峰值，電壓比交流有效值提高25％以上，IGBT僅導通電流，放電電流經二極體導通，經過IGBT的電流比變頻逆變器減小一半，G2接通和開斷的電壓接近0，而激磁的無功電流僅是變頻逆變器的六分之一，又不需要疊加高頻電壓，IGBT承受的反向電壓也比變頻逆變器降低一半。因此相當於一隻IGBT可以取代變頻逆變器中的六隻IGBT電子開關管，就可使電動機輸出相等的轉矩，使控制器的成本降低為變頻逆變器的六分之一。電動機提高輸出功率一倍，消耗的銅線和矽鋼片不增加，相當於節省一半的銅線和鐵心，使電動機成本下降一半，又不需要另外配置起動設備。因此本發明《半波整流電動機》的總成本比原鼠籠電動機還低。
上述定量關係都是由半波整流變壓器經過驗證了的，如附圖3所示，將具有氣隙的鐵心變壓器一次線圈，經開關管IGBT與直流電源電壓U接通，仍然採用通、斷電的運行方式，輸入方波電壓U，斷電後經續流二極體導通電流，一次線卷電壓變為負值，給電容器充電，充電電壓為uc，通電時間為t1，放電時間為t2，則Ut1＝uct2一次繞組為N1匝，二次繞組為N2匝，則N1uc＝N2U那麼uc相當於電動機轉子迴路的動生電動勢uυ，二次線圈真空感抗電壓uL和電阻電壓降R2i2相當於電動機轉子迴路中的對應真空感抗電壓uL及uR2值。採用存儲記憶示波器測試得出了上述各公式遵守的定量關係。變壓器溫度上升後引起斷電後的放電時間t2縮短，說明t2受溫度的影響，由於t2的關係與二次線圈內阻R2有關。二次線圈內阻R2上的電阻電壓降R2i2與真空感抗電壓u2L之比的係數小於一次線圈中內阻電壓降與感應電動勢E之比的係數。因此一次線圈內阻可忽略，而二次線圈的內阻不能忽略。將這種比例關係推廣到鼠籠電動機中也是如此，由此找到了鼠籠電動機轉子迴路內阻R2與電流i2及放電時間t2之間的比例關係(32)式，(32)式是經半波整流變壓器驗證成立的定量關係式。由此知道半波整流電動機運行中溫度上升過程中引起放電時間t2逐漸縮短。變頻調速電動機發展過程中，沒有找到電磁慣性與轉子迴路電阻的關係，而將一階微分系統化解為複雜大七階微分系統也沒有求解出電磁慣性的規律。而且採用方波電壓逆變器或方波電流逆變器時仍按電流半波時間等於 來控制，由於方波電壓強制換向在準同步狀態下運行時，引起放電時間t2較短，仍按 控制，必然使通電時間t1延長到大於5毫秒時間，造成了鐵心磁路過飽和而出現脈振現象，電動機理論沒有找到引起脈振的原因而淘汰了方波逆變器。本發明成功的解釋了鼠籠電動機轉子迴路電阻R2與通電和斷電時間t1及t2的定量關係後，才找到了在遠小於準同步轉速下的運行方式，才能正確控制t1及t2時間的佔空比來調速。這種定量關係是由半波整流變壓器驗證了的，變壓器運行參數的變化規律與上述鼠籠電動機敘述的定量關係相同，這裡不重複敘述了。
半波整流變壓器的體積並不比高頻開關電源的體積大，由於鐵心磁路有氣隙，磁場能量增大，但線圈內阻電壓降與鐵心感應電動勢相比仍可忽略，因此通電時間t1可等於斷電時間t2幾十分之一，這相當於通電時間為高頻，而斷電時間為低頻狀態下工作，鐵損仍按低頻損耗。而一次線圈匝數是按高頻通電時間t1來設計的，磁場能量又是由鐵心大磁導率而產生的，所以半波整流變壓器具有高頻開關電源的優點外，還不會出現高頻開關引起的輻射有功損耗，因此可以大幅度節電，提高了效率，降低了變壓器成本，線路如附圖3所示，是一種電子設備的理想直流電源。
交流變壓器或電動機的工作頻率上升，鐵損增大而銅損減小，如果在電流上升與下降的半波之內，電流上升階段工作在高頻高電壓狀態，而在電流下降階段工作在低頻低電壓狀態。這樣就將磁場引起的無功電流直接在變壓器和電動機內部轉化成有功電流了。使功率因數接近1，不但提高了效率，而且可以節省銅線和鐵心。這種工作方式相當於高頻和低頻相結合的運行方式，在電流半波之內可以將高電壓轉換成低電壓，成為半波整流變壓器。用在鼠籠電動機的工作方式中，相當於將鼠籠電動機改進成為直流電動機了。


附圖1是半波整流電動機接線圖。
附圖2是小型半波整流電動機接線圖。
附圖3是半波整流變壓器接線圖。
實施例1本發明半波整流電動機採用直流電源，三相整流或單相整流後經C1電容器儲能作為直流電源，接線圖如附圖1所示。鼠籠電動機的定子由感應磁極和恆定磁極正交布置構成，仍採用鼠籠型轉子，感應繞組L1與小電容器C並聯，經電子開關管G1和G2與直流電源C1接通。小電容C的作用是吸收斷電後開關損耗能量，使斷電瞬間L1兩端電壓不突變，這樣電子開關管G1和G2承受的開斷電壓非常低，G1和G2的開關損耗非常低，提高了G1和G2的接通和開斷能力。接通時G2先導通，然後G1立刻導通，當電流達到極大值時，G1斷電後放電電流經續流二極體Z1和G2給電容器C2充電，充電時間等於t2，電容器C2充電後成為恆定磁極繞組L2的激磁電源。當轉子電流i2下降到接近0時，G2斷開，放電電流經Z2向電源回饋能量，再經過t3時間後再次重複通電運行。調速時C2電壓降低後，使恆定磁極的磁感應強度B下降，轉子作用力下降，轉速下降都由通電時間t1縮短引起的，斷電時間為t2，按(33)式定量關係由電子開關管對感應電極繞組的程序控制實現無級調速，起動過程也如此。感應磁極繞組和恆定磁極繞組按正交分布，與單相電動機主、付繞組布置形式相同。感應繞組匝數按U＝4×fNBS設計，頻率為100赫茲。感應電極繞組按Ut1＝uct2+Ut3定量關係以通、斷電方式運行。起動時或降速運行時uc＜U，額定負載穩定運行時的轉數最大。恆定磁極繞組匝數和導線截面積應按uc＝RL′·iL′來選擇，RL′是繞組內阻值，iL′是激磁電流最大值，恆定磁極的感應強度B的極大值不要過飽和。斷電時間t2應按轉子迴路電阻溫度係數變化規律來控制才能保證在效率最高狀態下運行，仍採用鼠籠型轉子構成半波整流電動機。
實施例2小型電動機的恆定激磁消耗的能量很大，完全可以將感應電極釋放的磁場能量消耗掉。接線圖如附圖2所示，單相或三相整流由儲能電容器C1濾波後成為直流電源U，感應繞組與小電容C並聯，由電子開關管G與直流電源接通。電流上升為極大值時斷電，經續流二極體Z向電容器C2充電，充電電壓uc成為恆定磁極的直流激磁電源。由於uc＜U，通電時間為t1，斷電時間為t2，則有Ut1＝uct2，t2比t1增大了。由於uc等於 左右，因此t2＝4t1轉子電流和定子電流可同時下降為0，並同時去磁。額定負載的最大轉數應等於同步轉數的二分之一左右。這時uc為極大值，記為ucm，恆定磁極最大激磁電流為iL′內阻為RL′，則ucm＝RL′·iL′來選擇恆定磁極繞組導線截面積和匝數。感應磁極繞組匝數仍按100赫茲設計，截面積比原鼠籠電動機繞組截面積增大一倍，調速和起動控制程序和運行方式與實施例1相同。
實施例3半波整流變壓器接線如附圖3所示。單相交流電源經兩個半波整流二極體Z0，分別給電容器C1和C1′充電，這樣電源零線與直流電壓的地線成為公共點，該點不帶電。半波整流變壓器L1是由帶氣隙的鐵心變壓器構成，一次線圈與小電容C並聯，剩餘1或2匝取代了小電感，因此不需要另外設置小電感了。經電子開關管G1與直流電源C1接通，電流上升到極大值時t1斷開，斷電後經續流二極體Z1放電，給電容器C2充電，則C2成為電壓為uc的直流低壓電源。變壓器二次線圈經整流管Z1′向C2充電，二次線圈通電時的電壓u2值高於uc值，二次線圈真空感抗電壓為u2L，內阻為R2，電流記為i2，存在下面關係式u2-uc2-u2L-R2i2＝0通電時間t1，斷電時間t2，則Ut1＝uct2與電動機所述一切定量關係相同，運行方式也相同，不複述了。
另外一個同樣的帶氣隙鐵心的變壓器L2與小電容器C′並聯，剩餘1或2匝取代小電感，經電子開關管G2與直流電源C1′接通，接通時二次線卷經Z2′向C2充電，因此二次線卷與一次線卷饒向相反，斷電後一次線卷經Z2向電容器C2充電，轉換關係仍與前面所述定量關係相同。這樣成為半波整流變壓器，而形成對稱的布置形式。使低電壓的地線與零線成為公共點而不帶電，可以穩定運行。如果使用三相交流整流電源仍可按附圖3所示線路接線，低電壓地線與交流零線為公共點不會改變。
半波整流變壓器的運行方式完全與半波整流電動機相同，只不過是兩個半波整流變壓器相互錯開 的時間通電，使低壓直流電源充電電流更平穩。一臺充電電流極大值對應另外一臺的充電電流的過0點，二者電流相疊加成為恆定的充電電流值了，因此比開關電源的波紋係數要低，效率也高，又沒有輻射現象引起的對其他電器設備的影響，具有明顯的優點。通電時間t1與斷電時間t2之比等於uc與U之比，則t1t2=ucU]]>例如通電時間t1等於0.1毫秒，斷電時間t2等於6毫秒，那麼uc等於5伏，而U等於300伏。這樣就相當於高頻與低頻相結合的運行方式。
權利要求
1.半波整流電動機由按正交布置的感應電極繞組和恆定磁極繞組構成定子磁極，仍採用鼠籠型轉子，一個開關管控制感應磁極繞組，另一個開關管控制恆定磁極繞組，接通直流電壓以通、斷電方式運行，斷電後分別使感應繞組經續流二極體給電容器充電，電容器電壓成為恆定磁極激磁直流電源，另一個開關管控制恆定磁極繞組斷電後經另外續流二極體向電源放電，電流下降接近0時再次重複導通直流電壓，測量電源和電容器的電壓控制電動機轉數，成為高頻與低頻相結合的運行方式。
2.根據權利要求1所述以通、斷電方式運行，接通時間為t1，第一次斷電時間為t2，第三次斷電時間為t3，按Ut1＝uct2+Ut3的定量關係分別控制感應繞組和恆定繞組運行，測量電源電壓和電容器電壓按著uc=k1p2=k2t2=Ut1t2]]>， 控制電動機轉數實現無級調速而穩定運行，感應繞組通電頻率以100赫茲按U＝4fNBS設計匝數和導線截面積。
3.小型半波整流電動機定子繞組由按正交布置的感應電極繞組和恆定磁極繞組構成，採用鼠籠型轉子，由一個開關管控制感應繞組以通、斷電方式運行，斷電後經續流二極體向電容器充電，電容器電壓成為恆定繞組直流激磁電源，按Ut1＝uct2方式運行，導線匝數和截面積與大型電動機設計相同，同樣屬於高頻與低頻相結合的運行方式，成為半波整流電動機。
4.半波整流變壓器由帶氣隙的鐵心變壓器經電子開關管與直流電源接通，以通、斷電運行方式運行，斷電後經續流二極體給電容器充電，電容器充電電壓uc，直流電壓為U，通電時間為t1斷電時間為t2，按Ut1＝uct2的定量關係控制程序運行，變壓器二次線卷經隔直二極體給同一個電容器充電，與另外一臺半波整流變壓器構成對稱的交替工作方式，屬於高頻與低頻相結合的運行方式。
全文摘要
電流上升時採用高頻運行方式，而下降時採用低頻運行方式，在半波之內將高頻和低頻運行方式相結合，使變壓器和電動機導線匝數減少，截面積增大，銅損減小，低頻運行方式又可使鐵損減小，提高了效率，並大幅度降低變壓器成本，成為半波整流變壓器，同樣，可以採用兩隻電子開關管取代直流電動機的碳刷換向器，將鼠籠電動機改進成為半波整流電動機，提高效率，降低成本，並具有直流電動機所有優點。
文檔編號H02K11/00GK101013878SQ20061013478
公開日2007年8月8日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者王有元 申請人:王有元