專利名稱：一種變流變頻的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種變流變頻的方法和裝置，特別是涉及一種用若干個可控開關(guān)元件(如可控硅元件等)和感性負(fù)載的若干組初級繞組，將直流變換為交流或?qū)⒅绷髯儞Q為直流的方法和實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
目前大量使用著由可控硅等半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變流變頻裝置，這種裝置已滿足大部分復(fù)雜的變流變頻要求，但在復(fù)雜的變流變頻裝置中，其基本電路存在換流困難或波形畸變的問題，為解決這些問題，附加電路和強(qiáng)迫換流電路相當(dāng)復(fù)雜和龐大。
在中國專利CN 1070520中公開了一種利用換向器來換流的方法和裝置，這種方法和裝置使機(jī)械換流方法和裝置向?qū)嵱没七M(jìn)了一大步，但大范圍變頻時，所用的換向器，制做非常麻煩。
本發(fā)明的目的在于從一定程度上彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用若干個可控開關(guān)元件和感性負(fù)載的若干組初級繞組與對應(yīng)的次級繞組或?qū)?yīng)的固有磁場來變流變頻的方法，同時也提供一種根據(jù)該方法產(chǎn)生的變流變頻的裝置。
上述發(fā)明的目的是通過下述方法來解決的，該方法是通過n個可控開關(guān)元件及其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置和關(guān)斷電路系統(tǒng)，感性負(fù)載的m組初級繞組和與其對應(yīng)的次級繞組或?qū)?yīng)的固有磁場等主要構(gòu)件來進(jìn)行換流的，(上述n、m的數(shù)量關(guān)系是n≥m≥x≥1，感性負(fù)載是交流的時，m和n是偶數(shù)，感性負(fù)載是直流的時，m和n可以是偶數(shù)也可以是奇數(shù)，x是指交流感性負(fù)載的相數(shù)，直流感性負(fù)載時，x＞1，下同)，其具體步驟是第一步把直流電源的一端輸入給n個可控開關(guān)元件的陽極公共端或陰極公共端。
第二步由可控開關(guān)元件的導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置和關(guān)斷電路系統(tǒng)，控制各個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷，使n個可控開關(guān)元件分別獨(dú)立輸出不同時刻與時間的矩形波直流電。
第三步把n個可控開關(guān)元件分別輸出的不同時刻與時間的矩形波直流電，分別輸入給感性負(fù)載的m組初級繞組，由此而改變輸入給感性負(fù)載的m組初級繞組中每組初級繞組里的各個初級繞組的電流方向及電位和通電時刻及時間。
第四步由n個可控開關(guān)元件的n個輸出端分別獨(dú)立的輸出矩形波直流電，由感性負(fù)載的m組初級繞組的m個公共輸出端分別獨(dú)立地輸出脈動直流電。
第五步通過感性負(fù)載的磁耦合使與初級繞組對應(yīng)的次級繞組上感生交流電，或通過感性負(fù)載的磁路，使初級繞組電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間產(chǎn)生相互作用力。
通過改變n個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通觸發(fā)控制方案或關(guān)斷電路系統(tǒng)的關(guān)斷控制方案，或同時改變上述兩個控制方案，可以改變n個可控開關(guān)元件所各自輸出的矩形波直流電的時刻和波長或頻率，同時改變感性負(fù)載的m組初級繞組所各自輸出脈動直流電的時刻和波長或頻率，隨著也改變感性負(fù)載的次級繞組輸出的交流電的波形或頻率，或改變感性負(fù)載初級繞組電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間的相互作用力的關(guān)系。
通過改變感性負(fù)載的m組初級繞組中每組初級繞組里的初級繞組數(shù)目與設(shè)計(jì)和與其分別對應(yīng)的次級繞組或固有磁場數(shù)目與設(shè)計(jì);改變每組初級繞組中各繞組之間的接法;相應(yīng)的改變n個可控開關(guān)元件各個輸出端與感性負(fù)載的m組初級繞組各個公共輸入端的接法，可以改變感性負(fù)載次級繞組輸出交流電的相數(shù)或相位差，或改變初級繞組的電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間相互作用力的關(guān)系或合成磁場;或降低可控開關(guān)元件承受的反向電壓;或改變感性負(fù)載次級繞組輸出的交流電的頻率。
通過增加可控開關(guān)元件在單位時間里的導(dǎo)通個數(shù)，相應(yīng)地改變n個可控開關(guān)元件的各個輸出端與多相感性負(fù)載的各組初級繞組公共輸入端之間的接法，可以使多相感性負(fù)載的次級繞組輸出多相交流電。
可控開關(guān)元件的各個控制極所需要的觸發(fā)脈沖控制信號，可以由靜態(tài)的電子脈沖發(fā)生器提供(如晶閘管用的數(shù)字式移相觸發(fā)器)，可以由動態(tài)的機(jī)械式脈沖發(fā)生器提供;機(jī)械式脈沖發(fā)生器是由直流電源，通過移刷機(jī)構(gòu)圍換向器圓周移動的換向器電刷、換向器、集電環(huán)及其電刷和脈沖變壓器(可以不用)及帶動換向器和集電環(huán)轉(zhuǎn)動的原動機(jī)等主要構(gòu)件組成。具體選用哪一種觸發(fā)控制器，可以按可控開關(guān)元件的特性和感性負(fù)載的需要選擇。
可控開關(guān)元件的關(guān)斷電路系統(tǒng)有若干設(shè)計(jì)方案，具體的選用哪一種判斷電路設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該按所選用的可控開關(guān)元件的特征和感性負(fù)載的需要選擇，為簡便描述起見，在根據(jù)該方法產(chǎn)生的裝置里就常用的可控開關(guān)元件-普通晶閘管的特性介紹了一種。
n個可控開關(guān)元件的各個輸出端可分別輸出或分組輸出斬波直流電壓，斬波直流電壓的平均值由各個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通時刻和關(guān)斷時刻決定。
本發(fā)明的目的也可以通過下述的變流變頻裝置得以實(shí)現(xiàn)，該變流變頻裝置主要包括直流電源，n個可控開關(guān)元件及其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置和關(guān)斷電路系統(tǒng)，感性負(fù)載的m組初級繞組和與其分別對應(yīng)的次級繞組或?qū)?yīng)的固有磁場及其負(fù)載。其中，直流電源的正極或負(fù)極與n個可控開關(guān)元件的陽極公共端或陰極公共端相連;n個可控開關(guān)元件的各個控制極與其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置中相應(yīng)的各個觸發(fā)控制信號輸出端相連，n個可控開關(guān)元件的關(guān)斷電路元件，按所選用可控開關(guān)元件的關(guān)斷特征和感性負(fù)載的要求接入各個可控開關(guān)元件主電路中;n個可控開關(guān)元件的各個輸出端分別與對應(yīng)的感性負(fù)載的m組初級繞組的各個公共輸入端相連，m組初級繞組的各個公共輸出端連接在一起后與直流電源的另一極相連，感性負(fù)載的m組初級繞組通過磁耦合與其對應(yīng)的次級繞組或固有磁場相連，次級繞組或固有磁場輸出供給負(fù)載的交流電壓或作用力。
本發(fā)明的變流變頻裝置具有自換相和外部換相逆變器以及直流斬波器和電力拖動機(jī)械的許多優(yōu)點(diǎn)。其中獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)是本裝置的n個可控開關(guān)元件在同時觸發(fā)導(dǎo)通、不同時關(guān)斷或不同時觸發(fā)導(dǎo)通、同時關(guān)斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別獨(dú)立的輸出一路一種波長的矩形直流電，也可以分組或共同輸出迭加的矩形波直流電;n個可控開關(guān)元件在不同時觸發(fā)導(dǎo)通、不同時關(guān)斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別或分組輸出不同時刻而相同波長的矩形波直流電;可以分別或分組輸出不同時刻、不同波長的矩形波直流電;也可以共同輸出n種矩形波直流電迭加的矩形波直流電。n個可控開關(guān)元件在同時觸發(fā)導(dǎo)通、同時關(guān)斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別輸出相同時刻、相同波長的矩形波直流電，當(dāng)然，其感性負(fù)載的m組初級繞組的各個公共輸出端也就可以分別輸出相應(yīng)的脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載。其中，n個可控開關(guān)元件的各個輸出端所分別或分組輸出或共同輸出的矩形波直流電，是供給矩形波直流負(fù)載。利用上述特性，本裝置可以設(shè)計(jì)輸出大功率電磁脈沖和直線電動機(jī)。
下面將結(jié)合


通過實(shí)施例的形式更詳細(xì)地描述本發(fā)明圖1是根據(jù)本發(fā)明的變流變頻裝置的電路方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的變流變頻裝置中的一個三相交流變流變頻裝置的具體電路圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的變流變頻裝置實(shí)施例2輸出的電壓波形圖。
在圖1所示的變流變頻裝置中包括了直流電源1，第一個可控開關(guān)元件2及其關(guān)斷電路5，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第一組初級繞組12;第二個可控開關(guān)元件3及其關(guān)斷電路6，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第二組初級繞組13;第n個可控開關(guān)元件4及其關(guān)斷電路7，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第m組初級繞組14;n個可控開關(guān)元件的觸發(fā)控制裝置8，矩形波直流負(fù)載9、10、11和脈動直流負(fù)載15、16、17，次級繞組或固有磁場18和19，負(fù)載20。其中，第一個可控開關(guān)元件(2)的輸出端在需要時可直接輸出矩形波直流電源以供給矩形波直流負(fù)載9，第二個可控開關(guān)元件(3)的輸出端在需要時，可直接輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載10，第n個可控開關(guān)元件(4)的輸出端在需要時，可直接輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載11，每個可控開關(guān)元件的輸出端可以與另一個或另幾個可控開關(guān)元件的輸出端合并輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載;感性負(fù)載第一組初級繞組(12)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電以供給脈動直流負(fù)載15，第二組初級繞組(13)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載16，第m組初級繞組(14)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載17。
上述可控開關(guān)元件是指帶有控制極的可控硅元件和其它依靠控制極信號控制通或斷的半導(dǎo)體器件;感性負(fù)載是指按變流變頻的方法和裝置所對應(yīng)的負(fù)載的需要所設(shè)計(jì)的變壓器、電動機(jī)、電磁線圈等電感較大的輸電、用電電器設(shè)備、該感性負(fù)載的m組初級繞組中的各個初級繞組是相對獨(dú)立的。繞組之間的連接方式應(yīng)符合可控開關(guān)元件的特征和感性負(fù)載的要求。可控開關(guān)元件的觸發(fā)控制裝置是指變流變頻裝置在運(yùn)行或?qū)⒁\(yùn)行時，可按可控開關(guān)元件的特征與關(guān)斷電路的要求和感性負(fù)載的要求，分別對各個可控開關(guān)元件輸出控制信號的電路系統(tǒng)，這種裝置可以是獨(dú)立的，也可以是與感性負(fù)載的負(fù)載端連接的，可以是機(jī)械式脈沖發(fā)生器(與實(shí)施例中所述的)，也可以是電子脈沖發(fā)生器。
可控開關(guān)元件的關(guān)斷電路系統(tǒng)，是指在規(guī)定的時刻和時間里能夠分別保證導(dǎo)通的各個可控開關(guān)元件關(guān)斷的電路系統(tǒng)，這種關(guān)斷電路系統(tǒng)必須按可控開關(guān)元件的特征與感性負(fù)載初級繞組和次級繞組或固有磁場及其負(fù)載的要求設(shè)計(jì)。在實(shí)施例2中的關(guān)斷電路，是就常用的可控開關(guān)元件-普通晶閘管和普通感性負(fù)載-變壓器而設(shè)計(jì)，是一種利用后一個晶閘管的導(dǎo)通，依靠換流電容器的能量關(guān)斷前一個導(dǎo)通的晶閘管電路。當(dāng)然，每一個可控開關(guān)元件可以具有自己的關(guān)斷電路，這種設(shè)計(jì)可以使可控開關(guān)元件按需要關(guān)斷。
保護(hù)電路，是變流變頻裝置中的一部分，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)適合可控開關(guān)元件的特性和感性負(fù)載的情況，對于普通晶閘管，過電壓常用保護(hù)電路有阻容二極管保護(hù)電路等。
本發(fā)明的變流變頻裝置，使用的若干個可控開關(guān)元件中，在任意時刻只有一個可控開關(guān)元件與感性負(fù)載的一組初級繞組正常導(dǎo)通。恒功率變流變頻裝置，可以有y個可控開關(guān)元件與y組初級繞組正常導(dǎo)通(m≥y≥1)。
圖2也是本發(fā)明的一種變流變頻裝置，是三相交流變流變頻裝置的一種具體電路圖，在圖中U是主直流電源，U1、U2和U3是機(jī)械式脈沖發(fā)生器的直流電源，21是機(jī)械式脈沖發(fā)生器的換向器電刷G1、G2和G3，22是機(jī)械式脈沖發(fā)生器中換向器的展開圖，展開圖中E1至E6和K1至K6是主換向片和輔換向片，H1至H6是輔換向片，這些換向片共分為六組，每組有三片換向片，一片主換向片，一片副換向片，一片輔換向片(每片換向片的弧度是5度);換向片之間相互絕緣，相鄰兩組換向片間隔∏/6。該機(jī)械式脈沖發(fā)生器的集電環(huán)及對應(yīng)的集電環(huán)也分為六組，每組有三個集電環(huán)及三個對應(yīng)的電刷，其中，一個主集電環(huán)及主集電環(huán)電刷;一個輔集電環(huán)及輔集電環(huán)電刷;一個副集電環(huán)及副集電環(huán)電刷。B1至B6和F1至F6是主集電環(huán)及主集電環(huán)電刷;B′1至B′6和F′1至F′6是輔集電環(huán)及輔集電環(huán)電刷;B″1至B″6和F″1至F″6是副集電環(huán)及副集電環(huán)電刷，換向器和集電環(huán)由原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)動。在電路圖中，晶閘管及其導(dǎo)通觸發(fā)控制電路和關(guān)斷電路是六組，分為T1組、T2組、T3組、T4組、T5組、T6組;每組有三個普通晶閘管;(T1組中是T1、T′1、T″1)，其中，T1至T6和T′1至T′6是主晶閘管和輔晶閘管，T″1至T″6是副晶閘管。一個換流電容器;其中，C1至C6分別是T1組至T6組晶閘管電路中主晶閘管T1至T6的換流電容器。兩個二極管;其中，D1至D6和D′1至D′6分別是T1組至T6組晶閘管電路中的隔離二極管。一個可變電阻;其中，R1至R6分別是T1組至T6組晶閘管電路中的可變電阻(作用是調(diào)節(jié)換流電容器C1至C6的充電時間)。一片主換向片和一片輔換向片;其中，E1至E6和K1至K6分別是T1組至T6組晶閘管電路中的主換向片和輔換向片。一片副換向片;其中，H1至H6是T1組至T6組晶閘管電路的副換向片。一個主集電環(huán)及對應(yīng)的主電刷和一個輔集電環(huán)及對應(yīng)的輔電刷，其中，B1至B6與F1至F6和B′1至B′6與F′1至F′6分別是T1組至T6組晶閘管電路中的主集電環(huán)與主集電環(huán)電刷和輔集電環(huán)與輔集電環(huán)電刷;一個副集電環(huán)及對應(yīng)的電刷，其中，B″1至B″6和F″1至F″6分別是T1組至T6組晶閘管電路中的副集電環(huán)和副集電環(huán)電刷，感性負(fù)載是按本實(shí)施例所設(shè)計(jì)的三相變壓器BM，它的初級繞組是六組，每組初級繞組的電抗是相等的，每組初級繞組里的各繞組的電抗也是相等的，分為A1組、A2組、A3組、A4組、A5組、A6組，次級繞組是三個單相次級繞組組，是A相次級繞組組，B相次級繞組組，C相次級繞組組，其中，初級繞組A1組包括A相初級繞組LT1A、B相初級繞組LT1B、C相初級繞組LT1C;它們的輸入端為各繞組的A1端，輸出端為各繞組的B端，初級繞組A2組包括A相初級繞組LT2A、B相初級繞組LT2B、C相初級繞組LT2C;它們的輸入端為各繞組的A2端，輸出端為各繞組的B端，初級繞組A3組包括A相初級繞組LT3A、B相初級繞組LT3B、C相初級繞組LT3C;它們的輸入端為各繞組的A3端，輸出端為各繞組的B端，初級繞組A4組包括A相初級繞組LT4A、B相初級繞組LT4B、C相初級繞組LT4C;它們的輸入端為各繞組的A4端，輸出端為各繞組的B端，初級繞組A5組包括A相初級繞組LT5A;B相初級繞組LT5B;C相初級繞組LT5C;它們的輸入端為各繞組的A5端，輸出端為各繞組的B端，初級繞組A6組包括A相初級繞組LT6A、B相初級繞組LT6B、C相初級繞組LT6C;它們的輸入端為各繞組的A6端，輸出端為各繞組的B端。A相次級繞組組包括次級繞組LA1、LA2和LA3，B相次級繞組組包括次級繞組LB1、LB2和LB3，C相次級繞組組包括次級繞組LC1、LC2和LC3。
簡單地說T1組至T6組晶閘管電路中各元件組成了六組變流裝置，這六組變流裝置可分別輸出斬波的直流電壓;當(dāng)把T1組至T6組變流裝置的各輸出端分別同時對應(yīng)的變壓器BM的初級繞組A1組至A6組的各輸入端連接起來后，通過變壓器的磁耦合，其次級繞組的輸出端可輸出交流電壓。
下面詳細(xì)描述T1組晶閘管電路中各元件之間的連接和其輸出端與變壓器BM的A1組初級繞組輸入端的連接。為了便于說明，首先，我們詳細(xì)描述機(jī)械式脈沖發(fā)生器的連接;直流電源U1的正極與21中換向器電刷G1的輸入端相接，G1的輸出端與轉(zhuǎn)動的換向器相接;直流電源U2的正極與21中的換向器電刷G2的輸入端相接，電刷G2的輸出端與轉(zhuǎn)動的換向器相接;直流電源U3的正極與21中的換向器電刷G3的輸入端相接。電刷G3的輸出端與轉(zhuǎn)動的換向器相接;換向器電刷G1、G2、G3是依靠分別獨(dú)立的圍繞換向器移動的移刷機(jī)構(gòu)，使它們之間的相對位置發(fā)生變化，(變化的范圍要在保證主晶閘管T1至T6準(zhǔn)時導(dǎo)通和關(guān)斷的前提下調(diào)整)。換向器的主換向片E1至E6的輸出端分別與對應(yīng)的且與換向器同軸轉(zhuǎn)動的主集電環(huán)B1至B6的輸入端相連，主集電環(huán)B1至B6的輸出端分別與對應(yīng)的主集電環(huán)電刷F1至F6輸入端相接，由主集電環(huán)電刷F1至F6的輸出端分別輸出電壓為U1的矩形波直流脈沖，以供給T1組至T6組晶閘管電路中對應(yīng)的主晶閘管T1至T6的控制極。換向器的副換向片H1至H6的輸出端分別與對應(yīng)的且與換向器同軸轉(zhuǎn)動的副集電環(huán)B″1至B″6的輸入端相連，副集電環(huán)B″1至B″6的輸出端分別與對應(yīng)的副集電環(huán)電刷F″1至F″6輸入端相接，由副集電環(huán)電刷F″1至F″6的輸出端分別輸出電壓為U3的矩形波直流脈沖，以供給T1組至T6組晶閘管電路中對應(yīng)的副晶閘管T″1至T″6的控制極。換向器的輔換向片K1至K6的輸出端分別與對應(yīng)的且與換向器同軸轉(zhuǎn)動的輔集電環(huán)B′1至B′6的輸入端相連，輔集電環(huán)B′1至B′6的輸出端分別與對應(yīng)的輔集電環(huán)電刷F′1至F′6輸入端相接，由輔集電環(huán)電刷F′1至F′6的輸出端分別輸出電壓為U2的矩形波直流脈沖，以供給T1組至T6組晶閘管電路中對應(yīng)的輔晶閘管T′1至T′6的控制極。
其中，主晶閘管T1和副晶閘管T″1的陽極與直流電源U的正極相連，主晶閘管T1的陰極與隔離二極管D1的陽極和換流電容器C1的一端相連，隔離二極管D1的陰極與變壓器BM的A1組初級繞組的輸入端A1相連，A1組初級繞組的各輸出端B端連接在一起后與直流電源U的負(fù)極相連;副晶閘管T″1的陰極與輔晶閘管T′1的陽極和換流電容器C1另一端相連，輔晶閘管T′1的陰極串聯(lián)可變電阻R1后與隔離二極管D′1的陽極相連，隔離二極管D′1的陰極與直流電源U的負(fù)極相連。機(jī)械式脈沖發(fā)生器的主集電環(huán)電刷F1的輸出端與T1組晶閘管電路中的主晶閘管T1的控制極相連，主晶閘管T1的陰極與直流電源U2的負(fù)極相連;機(jī)械式脈沖發(fā)生器的副集電環(huán)電刷F″1的輸出端與T1組晶閘管電路中副晶閘管T″1的控制極相連，副晶閘管T′1的陰極與直流電源U3的負(fù)極相連;機(jī)械式脈沖發(fā)生器的輔集電環(huán)電刷F′1的輸出端與T1組晶閘管電路中輔晶閘管T′1的控制極相連，輔晶閘管T′1的陰極與直流電源U2的負(fù)極相連。T2組至T6組晶閘管電路中，各元件之間的連接和與變壓器BM中對應(yīng)的初級繞組A2組至A6組的連接同T1組晶閘管電路中各元件之間的連接和與變壓器BM的初級繞組A1組的連接相同，在這里不再詳細(xì)描述。
圖3是上述實(shí)施例的變流變頻裝置輸出的三種電壓波形圖，圖3A是T1組至T6組晶閘管電路中，主晶閘管T1至T6在機(jī)械式脈沖發(fā)生器的換向器均勻轉(zhuǎn)動一周所分別輸出的矩形波直流電壓波形圖，圖3B是上述情況下三相變壓器BM的六組初級繞組的輸出端分別輸出的脈動直流電壓波形圖。圖3C是上述情況下三相變壓器BM的三相次級繞組所輸入給對應(yīng)的A相負(fù)載RA、B相負(fù)載RB、C相負(fù)載，RC的交流電壓波形圖。
上述電壓波形圖是在三相變壓器的三相繞組間和每相初級繞組之間以及與其相對應(yīng)的次級繞組之間漏抗很大;機(jī)械式脈沖發(fā)生器的換向器電刷G1、G2、G3等弧長且在換向器同一軸線上時得到的電壓波形圖。為簡便描述起見，根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)其它變流變頻裝置所輸出的電壓波形圖，在此不再一一描述。
上面僅僅是描述了本發(fā)明的一個實(shí)施組，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以對本發(fā)明的變流變頻裝置進(jìn)行變形，各種變形均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍將通過所附的權(quán)利要求加以限定。
權(quán)利要求
1.一種變流變頻的方法，該方法是通過n個可控開關(guān)元件及其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置和關(guān)斷電路系統(tǒng)，感性負(fù)載的m組初級繞組和與其對應(yīng)的次級繞組或?qū)?yīng)的固有磁場等主要構(gòu)件來進(jìn)行換流的，(上述n、m的數(shù)量關(guān)系是n≥m≥x≥1，感性負(fù)載是交流的時，m和n是偶數(shù)，感性負(fù)載是直流的時，m和n可以是偶數(shù)也可以是奇數(shù)，x是指交流感性負(fù)載的相數(shù)，直流感性負(fù)載時，x＞1，下同)，該方法的特征是第一步把直流電源的一端輸入給n個可控開關(guān)元件的陽極公共端或陰極公共端。第二步由可控開關(guān)元件的導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置和關(guān)斷電路系統(tǒng)，控制各個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷，使n個可控開關(guān)元件分別獨(dú)立輸出不同時刻與時間的矩形波直流電。第三步把n個可控開關(guān)元件分別輸出的不同時刻與時間的矩形波直流電，分別輸入給感性負(fù)載的m組初級繞組，由此而改變輸入給感性負(fù)載的m組初級繞組中每組初級繞組里的各個初級繞組的電流方向及電位和通電時刻及時間。第四步由n個可控開關(guān)元件的n個輸出端分別獨(dú)立的輸出矩形波直流電，由感性負(fù)載的m組初級繞組的m個公共輸出端分別獨(dú)立地輸出脈動直流電。第五步通過感性負(fù)載的磁耦合使與初級繞組對應(yīng)的次級繞組上感生交流電，或通過感性負(fù)載的磁路，使初級繞組電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間產(chǎn)生相互作用力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流變頻的方法，其特征是通過改變n個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通觸發(fā)控制方案或關(guān)斷電路系統(tǒng)的關(guān)斷控制方案，或同時改變上述兩個控制方案，可以改變n個可控開關(guān)元件所各自輸出的矩形波直流電的時刻和波長或頻率，同時改變感性負(fù)載的m組初級繞組所各自輸出脈動直流電的時刻和波長或頻率，隨著也改變感性負(fù)載的次級繞組輸出的交流電的波形或頻率，或改變感性負(fù)載初級繞組電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間的相互作用力的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流變頻的方法，其特征是通過改變感性負(fù)載的m組初級繞組中每組初級繞組里的初級繞組數(shù)目與設(shè)計(jì)和與其分別對應(yīng)的次級繞組或固有磁場數(shù)目與設(shè)計(jì);改變每組初級繞組中各繞組之間的接法;相應(yīng)的改變n個可控開關(guān)元件各個輸出端與感性負(fù)載的m組初級繞組各個公共輸入端的接法，可以改變感性負(fù)載次級繞組輸出交流電的相數(shù)或相位差，或改變初級繞組的電磁場與對應(yīng)的固有磁場或感生電磁場之間相互作用力的關(guān)系或合成磁場;或降低可控開關(guān)元件承受的反向電壓;或改變感性負(fù)載次級繞組輸出的交流電的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流變頻的方法，其特征是通過增加可控開關(guān)元件在單位時間里的導(dǎo)通個數(shù)，相應(yīng)地改變n個可控開關(guān)元件的各個輸出端與多相感性負(fù)載的各組初級繞組公共輸入端之間的接法，可以使多相感性負(fù)載的次級繞組輸出多相交流電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的變流變頻的方法，其特征是可控開關(guān)元件的各個控制極所需要的觸發(fā)脈沖控制信號，可以由動態(tài)的機(jī)械式脈沖發(fā)生器提供;機(jī)械式脈沖發(fā)生器是由直流電源，通過移刷機(jī)構(gòu)圍換向器圓周移動的換向器電刷、換向器、集電環(huán)及其電刷和脈沖變壓器(可以不用)及帶動換向器和集電環(huán)轉(zhuǎn)動的原動機(jī)等主要構(gòu)件組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流變頻的方法，其特征是n個可控開關(guān)元件的各個輸出端可分別輸出或分組輸出斬波直流電壓，斬波直流電壓的平均值由各個可控開關(guān)元件的導(dǎo)通時刻和關(guān)斷時刻決定。
7.一種變流變頻裝置，它包括直流電源1;第一個可控開關(guān)元件2及其關(guān)斷電路5，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第一組初級繞組12;第二個可控開關(guān)元件3及其關(guān)斷電路6，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第二組初級繞組13，第n個可控開關(guān)元件4及其關(guān)斷電路7，以及與其相對應(yīng)的感性負(fù)載第m組初級繞組14;n個可控開關(guān)元件的觸發(fā)控制裝置8，矩形波直流負(fù)載9、10、11和脈動直流負(fù)載15、16、17，次級繞組或固有磁場18和19，負(fù)載20。其特征是直流電源(1)的正極或負(fù)極與n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)的陽極公共端或陰極公共端相連;n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)的各個控制極與其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置(8)中相應(yīng)的各個觸發(fā)控制信號輸出端相連;n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)的關(guān)斷電路(9)、(10)、(11)元件，按所選用可控開關(guān)元件的關(guān)斷特征和感性負(fù)載的要求接入各個可控開關(guān)元件主電路中;n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)的各個輸出端分別與對應(yīng)的感性負(fù)載的m組初級繞組(12)、(13)、(14)的各個公共輸入端相連，m組初級繞組(12)、(13)、(14)的各個公共輸出端連接在一起后與直流電源(1)的另一極相連，感性負(fù)載的m組初級繞組(12)、(13)、(14)通過磁耦合與其對應(yīng)的次級繞組或固有磁場(18)、(19)相連，次級繞組或固有磁場(13)、(19)輸出供給負(fù)載(20)的交流電壓或作用力。其中，第一個可控開關(guān)元件(2)的輸出端在需要時可直接輸出矩形波直流電源以供給矩形波直流負(fù)載9，第二個可控開關(guān)元件(3)的輸出端在需要時，可直接輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載10，第n個可控開關(guān)元件(4)的輸出端在需要時，可直接輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載11，每個可控開關(guān)元件的輸出端可以與另一個或另幾個可控開關(guān)元件的輸出端合并輸出矩形波直流電源，以供給矩形波直流負(fù)載;感性負(fù)載第一組初級繞組(12)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電以供給脈動直流負(fù)載15，第二組初級繞組(13)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載16，第m組初級繞組(14)的公共輸出端在需要時可直接輸出脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載17。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變流變頻的裝置，其特征是n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)在同時觸發(fā)導(dǎo)通、不同時關(guān)斷或不同時觸發(fā)導(dǎo)通、同時判斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別獨(dú)立的輸出一路一種波長的矩形直流電，也可以分組或共同輸出迭加的矩形波直流電;n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)在不同時觸發(fā)導(dǎo)通、不同時判斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別或分組輸出不同時刻而相同波長的矩形波直流電;可以分別或分組輸出不同時刻、不同波長的矩形波直流電;也可以共同輸出n種矩形波直流電迭加的矩形波直流電。n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)在同時觸發(fā)導(dǎo)通、同時關(guān)斷的情況下，它們的各個輸出端可以分別輸出相同時刻、相同波長的矩形波直流電，當(dāng)然，其感性負(fù)載的m組初級繞組(12)、(13)、(14)的各個公共輸出端也就可以分別輸出相應(yīng)的脈動直流電，以供給脈動直流負(fù)載。其中，n個可控開關(guān)元件(2)、(3)、(4)的各個輸出端所分別或分組輸出或共同輸出的矩形波直流電，是供給矩形波直流負(fù)載。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變流變頻的裝置，其特征是該感性負(fù)載的m組初級繞組(12)、(13)、(14)中的各個初級繞組是相對獨(dú)立的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變流變頻的裝置，其特征是使用的若干個可控開關(guān)元件中，在任意時刻只有一個可控開關(guān)元件與感性負(fù)載的一組初級繞組正常導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種變流變頻的方法和裝置，該方法是通過n個可控開關(guān)元件及其導(dǎo)通觸發(fā)控制裝置、關(guān)斷電路系統(tǒng)、感性負(fù)載的m組初級繞組和與其對應(yīng)的次級繞組或固有磁場，將直流電源分別變換成矩形波直流電源、脈動直流電源、交流電源等。通過改變感性負(fù)載的設(shè)計(jì)和m組初級繞組和分布及其每組初級繞組中各初級繞組之間的連接，改變n個或控開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷控制方案，可將直流電源變換成變頻的旋轉(zhuǎn)磁場。該裝置具有逆變器、直流斬波器、電力拖動機(jī)械的特點(diǎn)，適宜于變頻速、變速電機(jī)、直線電機(jī)、斬波調(diào)速等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H02M5/42GK1106174SQ94108078
公開日1995年8月2日 申請日期1994年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月9日
發(fā)明者王東奎, 王登峰, 王登正 申請人:王東奎