[發明專利]DC/AC自耦逆變發電機

在審

• 申請號: 201210420878.1
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102931796A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 於岳亮;於宙
• 申請（專利權）人: 上海穩得新能源科技有限公司
• 主分類號: H02K23/00
• 分類號: H02K23/00;H02K13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電技術中的電機領域，具體地說是提出一種將直流電動機與轉樞式交流發電機合并以代替電子逆變器，所構成的直流/交流逆變發電機。

背景技術

太陽能PV發電是新能源發電中的重大替代能源技術，是一種能源效益和環境效益俱佳的新型能源，但太陽能PV只能產生直流電，這些電能只有逆變成交流工頻標準電壓后，才能大量輸送到電網中，供大多數電器使用。因此，太陽能發電系統必須配置價格高昂的電子逆變器，由于電子逆變器技術復雜、價格昂貴，給光伏發電應用增添很大成本負擔。此外，電子逆變器的波形差、諧波大、濾波器設計復雜，電子元器件耐受電壓電流沖擊能力弱，易損難修。

發明內容

本發明的目的是采用一種新結構的電機變頻裝置來代替電子逆變器，以有效降低整個太陽能PV發電系統的成本。而采用傳統的DC/AC電機變頻發電方案，即用一臺直流電動機拖動一臺交流發電機發電的落后方案，也因機組重量大、銅鐵材料消耗多，且效率低下等多種原因而不為業界所樂意采用。

本發明是采用類似自耦變壓器的原理構建的一種交流發電機，其特征為，將轉樞式交流發電機與直流電動機相集成，構成的一種由統一電樞(1)和公共定子磁場(4)構造的發電機；轉子上除了電樞和換向器(2)外，在電樞的若干均分繞組端，引出交流電壓線接滑環(6)，通過滑環，將交流電輸出發電機；定子磁場(4)由D軸磁軛(41)和Q軸磁軛(42)構成，每個磁軛上有二組磁場繞組；發電機的殼體上則有換向器電刷(3)和滑環電刷(5)，分別安裝在與轉子換向器和滑環對應位置，實現轉子電樞與外界的電流連接；在發電機外還附有一組勵磁控制器(7)用以控制磁場繞組，以克服電樞反應對發電機正常運行的影響。

眾所周知，自耦變壓器與普通雙繞組變壓器相比，通過初級和次級共有繞組，非但能節省銅鐵等電工材料，同時還能減少損耗提高機組效率。本發明采用自耦變壓器相同的結構思路，通過直流電動機和交流發電機共用一個電樞和磁路結構，既能節省相關的大量部件和材料，還減小了機組體積、重量和制造成本，而且附帶的許多機、電、磁能量損耗也能同時減小，使機組效率遠超傳統的電動發電機組，而與電子逆變系統的效率相當，機組的性價比高，獨特設計的定子磁場及其勵磁控制器則能有效克服復雜的交直流電樞反應，保證發電機的正常工作。

附圖說明

圖1、本發明的DC/AC自耦逆變發電機簡要結構示意圖。

圖2、現有的直流電動機簡要結構示意圖。

圖3、現有的轉樞式交流同步發電機簡要結構示意圖。

圖4、DC/AC自耦逆變發電機磁場結構示意圖。

圖5、DC/AC自耦逆變發電機組外接線圖。

圖6、DC/AC自耦逆變發電機組的勵磁補償控制原理圖。

具體實施方式

本發明是將一臺直流電動機和一臺轉樞式交流發電機組合在同一個電機殼體內，共用轉子電樞繞組和定子磁場。由于在這兩種看來完全不同的電機機種中，電樞及其磁路卻非常地相似，而且這些近似的結構，占有電機最大的成本。所以，如能將兩者合二而一，就能產生突出的技術優勢和經濟效果。

圖1為本發明的DC/AC自耦逆變發電機簡要結構示意圖。可以將本發明的逆變發電機看作一臺增加了滑環和電刷的直流電動機，也可以看作一臺增加了換向器和電刷的轉樞式交流同步發電機。本發明的發電機包括了二種現有機型所有部件：轉子統一電樞(1)、換向器(2)、換向器電刷(3)，滑環電刷(5)、滑環(6)。發電機定子上有共用的定子磁場(4)，圖1為二極電機，所以定子磁場(4)分別有二個D軸磁軛(41)和二個Q軸磁軛(42)，每個磁軛上有二組勵磁繞組，他們是(411、412、421和422)，同種磁軛上的同種繞組可以采用串聯或并聯連接。

當然，作為電機，除定子、轉子上述主體結構外，還應包括轉軸、殼體、端蓋、軸承、風扇、電刷架、接線盒等附件，在本發明中不作詳細闡述。

本發明的發電機無需外驅動力機械，所以轉軸無須外伸，可隱藏在電機中。

對于直流電動機而言，只要在D軸磁軛的411繞組通電建立一定強度的主磁場，然后再通過換向器向電樞輸入直流電，電動機就能轉動輸出動力。在直流電動機轉動過程中，電機電樞繞組切割磁力線產生交流電，所以經由滑環和滑環電刷所輸出的即為正弦波的交流電壓。如果將統一電樞均分成三組，在繞組的三端引線接三個滑環，那么機組輸出的就是三相正弦電壓，如圖1所示。