[发明专利]非同步旋转转换器和发电机装置

说明书

本发明涉及依据一种权利要求1,10及19项前序部分的非同步旋转转换器及此转换器的使用。

本发明还涉及依据权利要求20及29项的前序部分的一种发电机装置。

在许多的情况中，电力的交换必须是以不同的或至少是不同步的频率在交流网络中进行，以下是常用的情况：

1．具有相同额定频率，但非同步的三相网络连结，例如西欧及东欧。

2．具有不同频率的三相网络连结，最常见的是50Hz/60Hz(例如在日本，拉丁美洲)。

3．具有一低频率的三相网络连结，供轨道车使用的单/双相网络，在欧洲是50Hz/16.2/3Hz，在美国是60Hz/25Hz。

4．使用非同步旋转转换器作为长距离交流传输用的串联补偿。

现今，这种连接利用电力电子装置及直流中间链接而进行，在上述情况2及3中的连接系统中更得利于矩阵转换器的辅助，对于上述情况2及3中是同步但不同频率的连接系统而言，可因加入与同步机作机械连接的旋转转换器而改善。

在1985年，“Electric Technology USSR”,No.4,pp90-99中，由N.I.Blotskii所发表的“电力系统中非同步机之检测与使用”一文中，公开了一种电力系统中所使用的非同步机，或其相关部分，它们可能是具有不同的额定频率，或是具有相同的额定频率，但在其必须维持的准确程度上则有所差异，在图1中显示了此种非同步机的构造，该非同步机包含一个电机1，此电机1具有一个传统式的三相定子以及一个非凸极同步转子或一个凸极或非凸极电气非对称转子，而相位引线则与一个滑环相连；一个激励器2、循环转换供应器3或4和一个调节器5，构成定子和转子中转子环电压及主机转子角度及速度6，电压7及电流感测器9所需的控制律，其中，激励器2是一种循环转换器或反相控制的整流器。

由G.A.Ghoneem于1995年9月在IEEMA Journal,Vol 125,No.9,pp.21-34所发表的“宽范围感应式频率转换器的性能特征”一文中，提及感应式频率转换器可作为感应式电动机中速度控制驱劝的可变频率源。在图2中揭示了一个感应式频率转换器，这种感应式频率转换器包含2个在机械及电气上相耦合的绕线转子感应电机A,B，其中电机(A)的定子绕组系以线频率(V_i,F_i)连接至三相电源，而另一电机(B)的定子绕组则表示可变的频率输出(V_o,F_o)，此二电机的转子绕组10,12系以特殊的方式相连在一起，这个转换器是由一个可变速度原动机14，可以是一个直流电动机予以驱动。

静态转换器的缺点是效率较低(95％)，此乃因为半导体所造成的损耗，以及必须借助滤波器加以补偿的谐波效应，若使用直流中间连接，则将会导致采用设计复杂的特殊换流变压器，这些滤波器对于整个组件而言，将占用极大的空间，传统的旋转转换器并非针对高压所设计，所以在每一边需存在有一个变压器，以便与交流网络相连，则效率会与一个静态转换器的效率相当或甚至更低。

本发明的目的在于解决上述提到的问题，并且提供一种具有相同或不同频率且与交流网络相连的非同步旋转转换器。而该目的可以通过提供由权利要求1、10或19的前序部分所限定的非同步旋转转换器来实现，而在其特征部分中则说明了相关的有利特征。

本发明中的转换器具有一个以第1频率f₁运转且与一第1交流网络相连的第1定子，以及一个以第2频率f₂旋转且与一第2交流网络相连的第2定子，此转换器亦包含一个在旋转时与此第1及第2频率f₁,f₂有关的转子装置，上述定子中至少有一个定子各具有至少一个绕组，其中各个绕组至少包含一个载流导体，而各个绕组则具有一个绝缘系统，其中至少具有二个半导体层，而各个半导体层则构成一个等电位面，而在此二个等电位面间则置有一个固体绝缘物。