太阳能DC/AC自耦逆变发电机，是直流电动机和转枢式交流发电机的巧妙集成，机组转子上有统一电枢绕组，定子上有共同磁场，换向器电刷和滑环电刷与换向器和滑环对应配置并固定在电机壳体。特殊的励磁结构全面解决了直流电枢反应和交流电枢反应共同作用下的复杂影响，而自耦结构使机组效率接近电子逆变器，本发电机的成本远低于电子逆变器，能有效降低光伏发电的建设费用，本发电机也可以用在其他直流逆变交流的大功率场所，如风力发电、超导和磁流体发电等系统中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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(I)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⑵外，在电枢的若干均分绕组端，引出交流电压线接滑环￠)，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。本专利技术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I、本专利技术的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。具体实施例方式本专利技术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I为本专利技术的DC/AC自耦逆变发电机简要结构示意图。可以将本专利技术的逆变发 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。本专利技术的发电机包括了二种现有机型所有部件转子统一电枢(I)、换向器(2)、换向器电刷(3)，滑环电刷(5)、滑环￠)。发电机定子上有共用的定子磁场(4)，图I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，在本专利技术中不作详细阐述。本专利技术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I所示。如果将统一电枢均分成M组，M为3以上的整数，在绕组的M端引线接M个滑环，那么机组输出的就是M相电压。当然也可以增加滑环对数，从机组中引出二组多相交流电压甚至多组多相交流电压，例如可以很容易得到一组三相电压和一组12相电压。按图I中结构，调节D轴磁轭的411绕组中的励磁电流，使机组达到每分钟3000(3600)转的转速，可以产生5(K60)Hz频率的交流电。在Q轴磁轭的421绕组中加入与机组直流输入电流成比例的励磁电流，可以消除直流电动机的电枢反应，保持直流电机的正常换向。调节机组的输入电压，就可以调节交流电的输出电压，例如需要输出三相380V交流电，则直流输入电压大约为622V。 改变直流电压极性，交流输出的相序也同时逆转。根据需要，发电机可以设计成四极机或其他偶数极机，同时转速成倍数降低，低转速有利于电机换向，也能降低换向器的磨损和保养工作量，但多极机设计制造较复杂，且发电机成本会相应提闻。当机组输出交流电流时，也同样会产生电枢反应，但是不同交流电流所产生的电枢反应的效应是不同的，这不但会影响交流电压，对直流电动机的工作影响更大，为此，必须根据交流电流的性质作励磁补偿，其补偿原则是，首先将交流电流分成有功分量和无功分量二个部分。将交流电有功分量电流折算成相应的励磁电流输入Q轴磁轭(42)上的422绕组，励磁电流方向与421励磁电流的方向相反。将交流电无功分量电流折算成相应的励磁电流输入D轴磁轭(41)上的412绕组，其电流方向为如果交流电流是感性，则励磁电流方向与411绕组中的励磁电流方向相同；如果交流电流是容性，则励磁电流方向与411绕组中的励磁电流方向相反。为了更好地分析本专利技术的自耦逆变发电机结构，可将现有直流电动机和现有交流转枢式发电机与图I发电机的结构作比较，来加以分析与本专利技术发电机结构的异同。图2为现有的直流电动机简要结构示意图。图中直流电动机的主磁极和绕组，与本专利技术的(41)相当，与磁场绕组(411)相同，换向极和绕组，与本专利技术的(42)相当，与磁场 换向绕组(421)相同，但直流电动机的换向绕组用大截面导线绕制，直接串联在电枢主回路中，而本专利技术的(421)绕组也可以用大截面导线如法炮制，直接串联在主回路中，但更适合用小截面导线绕制，改由励磁控制器间接小电流的励磁驱动模式。现有的直流电动机转子上也有电枢绕组⑴和换向器(2),换向器电刷(3)则固定在掂记壳体上与换向器对应位置，这些均与本专利技术机组中的部件相同。直流电流经过换向器电刷(3)、换向器(2)和电枢绕组(I)完成回路，驱动电机转动，也与本专利技术机组中的电动机相同。图3为现有的转枢式交流同步发电机简要结构示意图。现有交流同步发电机的磁极与本专利技术的(41)相当，均为主磁极，其磁场绕组与本专利技术的磁场绕组(411)也相一致，电枢绕组(I)为三角形接法，在均匀分布的三个绕组端连接到三个滑环(6)，安装在机壳上的三个滑环电刷(5)分别与三个滑环接触，将发电机所产生的交流电流引出，均与本专利技术的发电机结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种DC/AC自耦逆变发电机，其特征为，将转枢式交流发电机与直流电动机相集成，构成的由统一电枢(1)和公共定子磁场(4)构成的发电机；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。
【技术特征摘要】
1.一种DC/AC自耦逆变发电机，其特征为，将转枢式交流发电机与直流电动机相集成，构成的由统一电枢⑴和公共定子磁场⑷构成的发电机；转子上除了电枢和换向器(2)夕卜，在电枢的若干均分绕组端，引出交流电压线接滑环出)，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。2.权利要求I所述的DC/AC自耦逆变发电机，其特征为，统一电枢(I)均分成M组，M为3或3以上的整数，在绕组的M端引线接M个滑环，那么机组输出的就是M相电压。3.权利要求I和权利要求2所述的DC/AC自耦逆变发电机，其特征为，发电机有多组滑环和电刷，以从发电机组中引出二组多相交流电压或多组多相交流电压。4.权利要求I所述DC/AC自耦逆变发电机，其特征为，定子磁场分为D轴磁场和Q轴磁场二个部分，每个磁场上有二套绕组，分别针对直流电流引起的电枢反应和交流电流引...
【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，於宙，
申请(专利权)人：上海稳得新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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