[发明专利]DC/AC自耦逆变发电机

说明书

技术领域

本发明属于电技术中的电机领域，具体地说是提出一种将直流电动机与转枢式交流发电机合并以代替电子逆变器，所构成的直流/交流逆变发电机。

背景技术

太阳能PV发电是新能源发电中的重大替代能源技术，是一种能源效益和环境效益俱佳的新型能源，但太阳能PV只能产生直流电，这些电能只有逆变成交流工频标准电压后，才能大量输送到电网中，供大多数电器使用。因此，太阳能发电系统必须配置价格高昂的电子逆变器，由于电子逆变器技术复杂、价格昂贵，给光伏发电应用增添很大成本负担。此外，电子逆变器的波形差、谐波大、滤波器设计复杂，电子元器件耐受电压电流冲击能力弱，易损难修。

发明内容

本发明的目的是采用一种新结构的电机变频装置来代替电子逆变器，以有效降低整个太阳能PV发电系统的成本。而采用传统的DC/AC电机变频发电方案，即用一台直流电动机拖动一台交流发电机发电的落后方案，也因机组重量大、铜铁材料消耗多，且效率低下等多种原因而不为业界所乐意采用。

本发明是采用类似自耦变压器的原理构建的一种交流发电机，其特征为，将转枢式交流发电机与直流电动机相集成，构成的一种由统一电枢(1)和公共定子磁场(4)构造的发电机；转子上除了电枢和换向器(2)外，在电枢的若干均分绕组端，引出交流电压线接滑环(6)，通过滑环，将交流电输出发电机；定子磁场(4)由D轴磁轭(41)和Q轴磁轭(42)构成，每个磁轭上有二组磁场绕组；发电机的壳体上则有换向器电刷(3)和滑环电刷(5)，分别安装在与转子换向器和滑环对应位置，实现转子电枢与外界的电流连接；在发电机外还附有一组励磁控制器(7)用以控制磁场绕组，以克服电枢反应对发电机正常运行的影响。

众所周知，自耦变压器与普通双绕组变压器相比，通过初级和次级共有绕组，非但能节省铜铁等电工材料，同时还能减少损耗提高机组效率。本发明采用自耦变压器相同的结构思路，通过直流电动机和交流发电机共用一个电枢和磁路结构，既能节省相关的大量部件和材料，还减小了机组体积、重量和制造成本，而且附带的许多机、电、磁能量损耗也能同时减小，使机组效率远超传统的电动发电机组，而与电子逆变系统的效率相当，机组的性价比高，独特设计的定子磁场及其励磁控制器则能有效克服复杂的交直流电枢反应，保证发电机的正常工作。

附图说明

图1、本发明的DC/AC自耦逆变发电机简要结构示意图。

图2、现有的直流电动机简要结构示意图。

图3、现有的转枢式交流同步发电机简要结构示意图。

图4、DC/AC自耦逆变发电机磁场结构示意图。

图5、DC/AC自耦逆变发电机组外接线图。

图6、DC/AC自耦逆变发电机组的励磁补偿控制原理图。

具体实施方式

本发明是将一台直流电动机和一台转枢式交流发电机组合在同一个电机壳体内，共用转子电枢绕组和定子磁场。由于在这两种看来完全不同的电机机种中，电枢及其磁路却非常地相似，而且这些近似的结构，占有电机最大的成本。所以，如能将两者合二而一，就能产生突出的技术优势和经济效果。

图1为本发明的DC/AC自耦逆变发电机简要结构示意图。可以将本发明的逆变发电机看作一台增加了滑环和电刷的直流电动机，也可以看作一台增加了换向器和电刷的转枢式交流同步发电机。本发明的发电机包括了二种现有机型所有部件：转子统一电枢(1)、换向器(2)、换向器电刷(3)，滑环电刷(5)、滑环(6)。发电机定子上有共用的定子磁场(4)，图1为二极电机，所以定子磁场(4)分别有二个D轴磁轭(41)和二个Q轴磁轭(42)，每个磁轭上有二组励磁绕组，他们是(411、412、421和422)，同种磁轭上的同种绕组可以采用串联或并联连接。

当然，作为电机，除定子、转子上述主体结构外，还应包括转轴、壳体、端盖、轴承、风扇、电刷架、接线盒等附件，在本发明中不作详细阐述。

本发明的发电机无需外驱动力机械，所以转轴无须外伸，可隐藏在电机中。

对于直流电动机而言，只要在D轴磁轭的411绕组通电建立一定强度的主磁场，然后再通过换向器向电枢输入直流电，电动机就能转动输出动力。在直流电动机转动过程中，电机电枢绕组切割磁力线产生交流电，所以经由滑环和滑环电刷所输出的即为正弦波的交流电压。如果将统一电枢均分成三组，在绕组的三端引线接三个滑环，那么机组输出的就是三相正弦电压，如图1所示。