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具有分段波形转换器的混合型装置制造方法及图纸

技术编号:15799868 阅读:117 留言:0更新日期:2017-07-11 13:50
一种设备包括受控场交流发电机或实用电源、分段波形转换器和控制器。电源被配置成生成多相信号。同步逆变器包括在电源的多相信号与输出滤波器之间连接的多个开关。控制器被配置成基于与输出滤波器相关联的测量电量来提供用于开关的控制信号,并且可以向受控场交流发电机提供场控制信号。该设备可以应用于车辆、割草机、零转弯半径割草机或其他类型的机器。

Hybrid device with segmented waveform converter

An apparatus includes a controlled field alternator or a practical power supply, a segmented waveform converter, and a controller. The power supply is configured to generate a polyphase signal. The synchronous inverter includes a plurality of switches connected between the polyphase signal of the power supply and the output filter. The controller is configured to provide a control signal for the switch based on the measured power associated with the output filter, and can provide a field control signal to the controlled field AC generator. The equipment can be used in vehicles, mowers, zero turning radius mowers or other types of machines.

【技术实现步骤摘要】
具有分段波形转换器的混合型装置相关申请的交叉引用本申请是依据37C.F.R.§1.53(b)的2016年6月7日提交的编号为15/175,761的美国专利申请(代理人案号10222-15004B)以及2015年10月16日提交的编号为14/885,112的美国专利申请(代理人案号10222-15004A)的部分继续申请案。所述每个美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及可变速发电机的领域,更具体地涉及用于对可变速发电机上的受控场同步交流发电机的输出进行控制的交流电(AC)到AC转换器。
技术介绍
发动机-发电机组可以称为发电机或发电机组,可以包括发动机和交流发电机或者用于生成电能或电力的另一种装置。一个或更多个发电机可以通过电力母线向负载提供电力。电力母线可以称为发电机母线或公共母线,将电力从发动机-发电机组传送给负载。在许多示例中,发动机-发电机组上的电负载可能会随时间而变化。同步交流发电机的输出的频率基于发动机的速度以及发电机的数量。为了提供恒定的输出频率,原动机可能需要以固定的速度进行操作。发动机为了向负载提供足够的电力可以无需以固定的速度进行操作,但这样做要保持频率不变。虽然允许发动机速度在轻负载下降低可以降低磨损、燃料消耗以及来自发电机的声排放,但是需要转换频率以使发动机速度与额定速度相比有所降低。附图说明在此参照附图来描述示例性实施方式。图1A和图1B示出了包括一个或更多个同步逆变器的示例性发动机-发电机组。图2示出了示例性单相分段波形转换器。图3A和图3B示出了分段波形转换器的示例性开关。图4示出了具有交流发电机励磁电流控制的示例性三相分段波形转换器。图5示出了另一个示例性三相分段波形转换器。图6A示出了图4的分段波形转换器的集成电路的示例性引脚图。图6B示出了图5的分段波形转换器的集成电路的示例性引脚图。图6C示出了用于向交流发电机场供给电流的示例性电源。图7A和图7B示出了同步逆变器的示例性单相接线图。图8A示出了同步逆变器的示例性低Y形接线图。图8B示出了同步逆变器的示例性高Y形接线图。图9示出了同步逆变器的示例性低三角形接线图。图10示出了同步逆变器式发电机,其被配置成使用交流发电机和同步逆变器来起动发动机。图11A示出了示例性发动机转矩曲线。图11B示出了发动机的示例性功率曲线。图12A示出了在含有同步逆变器的可变速发电机上的示例性受控场交流发电机中的交流发电机损耗的图。图12B示出了包括同步逆变器的系统的示例性发动机速度与负载曲线以及系统损耗曲线。图13示出了双轴交流发电机的示例性侧视图。图14示出了示例性同步逆变器系统的示例性框图。图15示出了另一个示例性同步逆变器系统的示例性框图。图16示出了示例性控制器。图17示出了图15的控制器的流程图。图18示出了示例性交流发电机和两个同步逆变器。图19示出了示例性交流发电机和三个同步逆变器。图20示出了实施用于电池充电的同步逆变器的示例性割草机。图21示出了除了实施用于电池充电的同步逆变器之外还实施另外三个同步逆变器的示例性割草机。图22示出了实施三个同步逆变器和实用源的示例性割草机。图23示出了实施同步逆变器和用于电池充电的补充同步逆变器以及实用源的示例性割草机。图24示出了示例性割草机和实用源。图25示出了包括同步逆变器的示例性车辆。图26示出了包括除用于电池充电的同步逆变器之外的同步逆变器的示例性车辆。图27示出了包括同步逆变器和实用源的示例性车辆。图28示出了包括同步逆变器系统的示例性发电机系统。图29示出了除了包括向电池供电的同步逆变器之外还包括从发电机提供电力的同步逆变器系统的示例性发电机系统。图30示出了具有同步逆变器的另一个示例性发电机系统。图31示出了图16的发电机控制器的操作的流程图。图32A示出了包括同步逆变器和外部负载装置的示例性发动机-发电机组。图32B示出了包括同步逆变器和电机的示例性发动机-发电机组。图33示出了包括同步逆变器和至少一个电机的示例性车辆。图34示出了图33的车辆的示例性子组件。图35示出了图34的示例性子组件的反向图。图36示出了图34的示例性子组件的顶视图。图37示出了车辆的立体图。图38示出了用同步逆变器向车辆供电的流程图。具体实施方式交流电(AC)到AC转换器将AC信号或波形转换为具有不同的或经改变的电气特性的另一个AC信号。经改变的电气特性可以是电压、频率或其他特性。示例类型的AC-AC电转换器包括循环转换器、矩阵转换器和混合型转换器。循环转换器在没有直流链路的情况下通过合成输入波形的各段来将输入波形转换成较低频率的输出信号。循环转换器可以使用硅控整流器(SCR)作为开关来合成所述输入。矩阵转换器利用晶体管网络,类似地以分段方式合成各段来生成期望的输出波形。混合型转换器可以结合上述两种方法的组合。虽然频率转换器或循环转换器可以允许频率的校正,但是它们操作以控制发电机的输出而不控制输入。这些示例中的任何示例可以统称为分段波形转换器。分段波形转换器可以从多相输入生成单相输出。分段波形转换器的输出可以是四象限输出,其中分段波形转换器可以通过分段波形转换器在任一方向上传送有功功率和无功功率。分段波形转换器通过直接输送输入信号中的一个或更多个输入信号的组合来生成在某一时间的一个段的输出波形。可以通过对输入波形进行适当滤波来去除高频纹波、开关噪声以及输出的不期望失真。通过对输入电压进行连续分段采样来产生输出波形。采样的频率限定各段的长度。采样的频率可以显著高于输入波形的频率和输出波形的频率。例如,200Hz的输入频率和60Hz的输出频率可能需要20kHz的采样及切换频率,以便提供可接受的输出电力质量。通过与常规逆变器截然不同的分段波形转换器实现的其他优点是,可以使用较低的额定部件。与常规整流器相比,分段波形转换器在电源与负载之间使用了较多的开关元件。因而,平均而言,通过开关元件中的每个开关元件的电流变得较少,并且开关元件可以具有较小的电流或功率额定值。较低的额定分量可以使成本降低许多。分段波形转换器可以电连接到一个或更多个滤波器并且被配置成将经滤波的输出提供给各种负载。在本文中可以将这样的分段波形转换器称为同步逆变器。优选的是使循环转换器能够除了控制所述输出电压之外还能够控制输入电压和频率,以便优化效率以及为循环转换器中的部件提供保护。此外,许多循环转换器由于开关和换向噪声而生成所述输出电压的总谐波失真(THD)。取决于应用,该总谐波失真可能是不希望的。图1A示出了示例性发动机-发电机组10a,该发动机-发电机组10a包括同步逆变器11、发动机12和交流发电机13。同步逆变器可以包括至少一个控制器(即微处理器),以用于控制分段波形转换器的开关网络。交流发电机13可以是受控场交流发电机,其中,发电机控制器(励磁电流控制器)积极控制场电流以调节交流发电机13的输出。同步逆变器控制器和励磁电流控制器可以是相同装置或不同装置。同步逆变器的输出装置14向负载或其他装置提供输出波形。受控场交流发电机13被配置成通过发动机12的操作来生成多相信号。受控场交流发电机13可以包括用于生成励磁电流的励磁机电枢。当励磁机电枢在磁通中旋转时,在励磁机电枢的绕组中引起随时间变化的电本文档来自技高网...
具有分段波形转换器的混合型装置

【技术保护点】
一种设备,包括:受控场交流发电机,所述受控场交流发电机被配置成生成多相信号;分段波形转换器,所述分段波形转换器包括在所述受控场交流发电机的所述多相信号与输出滤波器之间连接的多个开关;以及控制器,所述控制器被配置成:基于与所述输出滤波器相关联的测量电量来提供用于所述多个开关的控制信号,并且向所述受控场交流发电机提供励磁电流控制信号。

【技术特征摘要】
2015.10.16 US 14/885,112;2016.06.07 US 15/175,761;1.一种设备,包括:受控场交流发电机,所述受控场交流发电机被配置成生成多相信号;分段波形转换器,所述分段波形转换器包括在所述受控场交流发电机的所述多相信号与输出滤波器之间连接的多个开关;以及控制器,所述控制器被配置成:基于与所述输出滤波器相关联的测量电量来提供用于所述多个开关的控制信号,并且向所述受控场交流发电机提供励磁电流控制信号。2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述受控场交流发电机是绕组场交流发电机。3.根据权利要求2所述的设备,其中,所述绕组场交流发电机是双轴交流发电机,所述双轴交流发电机在与旋转轴线正交的公共平面上具有主定子装置和励磁机场装置。4.根据权利要求1所述的设备,其中,所述控制器被配置成通过针对所述多个开关的不同设置来计算可用电压的多个组合,并且所述励磁电流控制信号包括所述多个组合中的至少一个。5.根据权利要求4所述的设备,其中,所述多个组合表示通过所述分段波形转换器的不同路径。6.根据权利要求1所述的设备,其中,所述多个开关的第一开关组合与第一输出范围相关联,并且所述多个开关的第二开关组合与第二输出范围相关联。7.根据权利要求1所述的设备,其中,所述控制器被配置成生成启动信号以启动与所述受控场交流发电机相关联的发动机。8.根据权利要求6所述的设备,其中,所述第一组合和所述第二组合中的一个用于借助于通过所述分段波形转换器的反向流来启动所述发动机。9.根据权利要求1所述的设备,还包括:电池电路,所述电池电路被包括在所述分段波形转换器中并且电连接到电池。10.根据权利要求9所述的设备,其中,所述电池电路被配...

【专利技术属性】
技术研发人员:I·S·弗兰普顿A·拉森T·罗特T·鲍曼
申请(专利权)人:科勒公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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