專利名稱：變頻發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻發(fā)電機。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的發(fā)電機大都為交流同步發(fā)電機，由供輸出電能的主繞組和提 供磁場的勵磁繞組組成，這類同步發(fā)電機直接產(chǎn)生的是與發(fā)動機轉(zhuǎn)速完全同 步的交流電，即每一個周期一個正弦波，如圖1所示。由于目前的交流電頻 率一般都為50Hz或60Hz。如磁極數(shù)是2極或4極，則提供的動力源就只能 是3000r, 3600r和1500r ,1800r。而一般動力源的轉(zhuǎn)速最佳值不一定在此范 圍內(nèi)。例如小型汽油發(fā)動機的最佳工作頻可在4000r甚至更髙，所以用同步 發(fā)電機方式就無法發(fā)揮出其更大的動力，而較大柴油機的最佳工作頻率在 2500左右，3600r已無法工作，要制造60Hz的發(fā)電機就只能用磁極數(shù)為四 極的同步發(fā)電機，且發(fā)動機只能用1800r轉(zhuǎn)速，這樣就大大降低了柴油發(fā)電 機的功率，增加了重量。其次，發(fā)電機的功率重量比與頻率有很大的關(guān)系， 頻率越髙，發(fā)電機頻率重量比越大，發(fā)電機可做得越輕。 一般情況頻率增加 IO倍，同一功率發(fā)電機只有原機的三分之一重量，所以通過增加發(fā)電機的頻 率就可大大減少原材料的使用及發(fā)電機的重量。
另一種近年開始在一些小型發(fā)動機上使用較多的為逆變發(fā)電機，其原理 是采用永磁多極發(fā)電機發(fā)出較髙頻率的等幅交流電，然后通過一個逆變器將 較髙頻率的交流電轉(zhuǎn)換成一個恒定的直流電，再通過逆變方式轉(zhuǎn)換成50Hz 或60 Hz的正弦交流電(如圖2所示)，簡稱ADA發(fā)電方式，此方式解決了 同步發(fā)電機的發(fā)動機只能對應(yīng)固定頻率的缺點。也解決了發(fā)電機低頻工作的 缺點，同時具有非常好的電性能。但這種逆變發(fā)電機的交流電產(chǎn)生方式是通 過20K左右頻率對直流進行斬波再用電感進行濾波使輸出的波形復(fù)原成 50Hz或60 Hz正弦波交流電，由于20K的頻率能量很大，容易產(chǎn)生髙次諧 波并通過電感輻射到空中生產(chǎn)電磁干擾，所以此方法只能用在較小功率的發(fā) 電機上。而且逆變發(fā)電機的電子線路部分較復(fù)雜，成本髙，性價比較低，市 場競爭優(yōu)勢不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠同時克服上述現(xiàn)有同步發(fā)電機和逆變發(fā)電機的缺點，且重量更輕，價格更低，性能也完全能滿足所有用電器需要的變 頻發(fā)電機。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種變頻發(fā)電機，包括一個多極定子， 一個多極 轉(zhuǎn)子和一個由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路和CPU控制單元電 路組成的變頻電路，其特征在于所述多極轉(zhuǎn)子的磁場采用電磁可控磁場，所 述多極定子的輸出電壓是由所述多極定子發(fā)出的高頻電壓波形與CPU控制 單元電路設(shè)定的多極轉(zhuǎn)子的勵磁驅(qū)動電壓波形相疊加后產(chǎn)生的調(diào)幅電壓，該 調(diào)幅電壓通過主回路整流電路正反相整流形成所需頻率的正弦波交流輸出 電壓。
本發(fā)明中所述多極轉(zhuǎn)子的磁場強弱受勵磁驅(qū)動電壓控制，并按照所需發(fā) 出的正弦波交流輸出電壓的頻率作周期性變化。
本發(fā)明中所述多極定子輸出的髙頻電壓的頻率具體為所述多極轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速與其磁極數(shù)的乘積，而勵磁驅(qū)動電壓的低頻包絡(luò)線頻率及波形則是根據(jù) 正弦波交流輸出電壓的頻率及波形的需要由所述CPU控制單元電路所產(chǎn)生。
進一步講，本發(fā)明中所述勵磁驅(qū)動電壓由所述CPU控制單元電路輸出 的勵磁電壓控制信號經(jīng)轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路放大后輸出給多極轉(zhuǎn)子的勵 磁線圈；而勵磁電壓控制信號則由CPU控制單元電路根據(jù)所需的正弦波交 流輸出電壓的頻率及波形變化曲線信號，并結(jié)合取自多極定子輸出電壓的反 饋信號、取自正弦波交流輸出電壓的反饋信號以及其它各種反饋信號進行綜 合處理后產(chǎn)生。而所述的其它各種反饋信號同現(xiàn)有技術(shù)一樣，具體包括發(fā)電 機輸出端因負載變動而造成輸出電壓波動的反饋信號、驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的發(fā)動 機本身輸出功率不穩(wěn)定而造成輸出電壓波動的反饋信號，以及發(fā)電機的定轉(zhuǎn) 子因溫度變化而造成輸出電壓波動的反饋信號等。
而本發(fā)明中所述正弦波交流輸出電壓的波形是由所述主回路整流電路 根據(jù)CPU控制單元電路輸出的整流控制信號對多極定子輸出的調(diào)幅電壓包 絡(luò)線進行正反相整流而形成。
并且本發(fā)明中的上述整流控制信號與前述勵磁電壓控制信'號同步。
本發(fā)明的優(yōu)點是
本發(fā)明與現(xiàn)有的同步發(fā)電機相比，由于采用電磁可控磁場的多極轉(zhuǎn)子， 提髙了發(fā)電機的頻率，故大大節(jié)省了銅材及矽鋼材料，減輕了機器的重量；而最大的優(yōu)勢是本發(fā)明可選擇與發(fā)動機轉(zhuǎn)速達成最佳匹配關(guān)系的工作頻率， 與同步發(fā)電機相比使得同樣排量的發(fā)動機可輸出更大的功率。.
而本發(fā)明與現(xiàn)有的逆變發(fā)電機比較，由于其發(fā)電過程取消了 ADA發(fā)電 方式中20K左右的髙頻斬波過程，所以沒有高頻輻射干擾，幾乎消除了電 磁干擾；同樣本發(fā)明的變頻電路取消了使用價格昂貴的大功率半導(dǎo)體功率 器件，以及大容量電容，避免使用體積較大容易造成電磁干擾的大電感， 故大大減低了成本，簡化了電子電路，進一步減輕了發(fā)電機重量。
總之，本發(fā)明的總造價均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機和逆變發(fā)電機，且從性 能而言，本發(fā)明的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達到現(xiàn) 有逆變發(fā)電機的水平，而遠髙于同步發(fā)電機。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述 圖1為現(xiàn)有的同步發(fā)電機定子上輸出的電壓波形示意圖； 圖2為現(xiàn)有的逆變發(fā)電機定子上的輸出電壓至最終正弦波輸出電壓波 形變化示意圖3為本發(fā)明變頻發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的變頻電路的工作原理框圖5為本發(fā)明的多極定子上輸出電壓波形至最終正弦波輸出電壓波形 變化示意圖。
其中1、多極定子；2、多極轉(zhuǎn)子3、輸出線圈；4、勵磁線圈。
具體實施例方式
實施例結(jié)合圖3和圖4所示，本實施例所述的這種變頻發(fā)電機，包括 一個多極定子l, 一個多極轉(zhuǎn)子2和一個由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵磁線圏 驅(qū)動電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，所述多極轉(zhuǎn)子2的磁場采 用電磁可控磁場，其各個極上的勵磁線圈4與轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū).動電路相連， 而多極定子1上的輸出線圈3則同主回路整流電路相連，所述CPU控制單 元電路則同時連接主回路整流電路和轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路。
結(jié)合圖4、圖5所示，本實施例所述的變頻發(fā)電機工作時，同現(xiàn)有技術(shù) 一樣，由發(fā)動機驅(qū)動多極轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動后，便在多極定子1的輸出線圈上產(chǎn)生 電壓，多極定子1上取出部分能量提供給多極轉(zhuǎn)子2的勵磁線圈4后又使其自身輸出線圈3上績聚能量直至達到平衡狀態(tài)。
正常工作時，CPU控制單元電路根據(jù)所需發(fā)出的正弦波交流輸出電壓 的頻率及波形變化曲線信號，并結(jié)合取自多極定子輸出電壓的反饋信號和取 自正弦波交流輸出電壓的反饋信號以及其它各種反饋信號，綜合處理后產(chǎn)生 勵磁電壓控制信號，該勵磁電壓控制信號經(jīng)轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路放大形成 勵磁驅(qū)動電壓輸出給多極轉(zhuǎn)子的勵磁線圈，以控制多極轉(zhuǎn)子的磁場強弱按所 需的正弦波交流輸出電壓的頻率作周期性變化，進而在多極定子上產(chǎn)生一個 帶有包絡(luò)線的調(diào)幅電壓，該調(diào)幅電壓也即由所述多極定子發(fā)出的高頻電壓波 形與勵磁驅(qū)動電壓波形相疊加的產(chǎn)物。而其中所述多極定子輸出的髙頻電壓 的頻率為所述多極轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與其磁極數(shù)的乘積。
與此同時所述主回路整流電路根據(jù)CPU控制單元電路輸出的與前述勵 磁電壓控制信號同步的整流控制信號來對多極定子輸出的調(diào)fS電壓包絡(luò)線 進行正反相整流，再濾波，最終輸出完全的正弦波交流電。
本發(fā)明所述的這種變頻發(fā)電機與現(xiàn)有的同步發(fā)電機相比，由于采用電磁 可控磁場的多極轉(zhuǎn)子，提高了發(fā)電機的頻率，故大大節(jié)省了銅材及矽鋼材料， 減輕了機器的重量；而最大的優(yōu)勢是本發(fā)明可選擇與發(fā)動機轉(zhuǎn)速達成最佳匹 配關(guān)系的工作頻率，與同步發(fā)電機相比使得同樣排量的發(fā)動機可輸出更大的 功率。
而本發(fā)明與現(xiàn)有的逆變發(fā)電機比較，由于其發(fā)電過程取消了 ADA發(fā)電 方式中20K左右的髙頻斬波過程，所以沒有高頻輻射干擾，幾乎消除了電磁 干擾；同樣本發(fā)明的變頻電路取消了使用價格昂貴的大功率半導(dǎo)體功率器 件，以及大容量電容，避免使用體積較大容易造成電磁干擾的大電感，故大 大減低了成本，簡化了電子電路，進一步減輕了發(fā)電機重量。
總之，本發(fā)明的總造價均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機和逆變發(fā)'電機，且從性 能而言，本發(fā)明的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達到現(xiàn)有 逆變發(fā)電機的水平，而遠髙于同步發(fā)電機。
權(quán)利要求
1.一種變頻發(fā)電機，包括一個多極定子，一個多極轉(zhuǎn)子和一個由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，其特征在于所述多極轉(zhuǎn)子的磁場采用電磁可控磁場，所述多極定子的輸出電壓是由所述多極定子發(fā)出的高頻電壓波形與CPU控制單元電路設(shè)定的多極轉(zhuǎn)子的勵磁驅(qū)動電壓波形相疊加后產(chǎn)生的調(diào)幅電壓，該調(diào)幅電壓通過主回路整流電路正反相整流形成所需頻率的正弦波交流輸出電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻發(fā)電機，其特征在于所述多極轉(zhuǎn)子的磁 場強弱受勵磁驅(qū)動電壓控制，并按照所需發(fā)出的正弦波交流輸出電壓的頻率 作周期性變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻發(fā)電機，其特征在于所述多極定子 輸出的高頻電壓的頻率為所述多極轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與其磁極數(shù)的乘積，而勵磁驅(qū) 動電壓的低頻包絡(luò)線頻率及波形是根據(jù)所需的正弦波交流輸出電壓的頻率 及波形由所述CPU控制單元電路所產(chǎn)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻發(fā)電機，其特征在于所述勵磁驅(qū)動電壓 由所述CPU控制單元電路輸出的勵磁電壓控制信號經(jīng)轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電 路放大后輸出給多極轉(zhuǎn)子的勵磁線圈；而勵磁電壓控制信號則由CPU控制 單元電路根據(jù)所需的正弦波交流輸出電壓的頻率及波形變化曲線信號，并結(jié) 合取自多極定子輸出電壓的反饋信號、取自正弦波交流輸出電壓的反饋信號 以及其它各種反饋信號進行綜合處理后產(chǎn)生。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變頻發(fā)電機，其特征在于所述正弦波交流輸 出電壓的波形是由所述主回路整流電路根據(jù)CPU控制單元電路輸出的整流 控制信號對多極定子輸出的調(diào)幅電壓包絡(luò)線進行正反相整流而形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻發(fā)電機，其特征在于所述主回路整流電 路的整流控制信號與所述勵磁電壓控制信號同步。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變頻發(fā)電機，包括一個多極定子，一個多極轉(zhuǎn)子和一個由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵磁線圈驅(qū)動電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，其特征在于所述多極轉(zhuǎn)子的磁場采用電磁可控磁場，所述多極定子的輸出電壓是由所述多極定子發(fā)出的高頻電壓波形與CPU控制單元電路設(shè)定的多極轉(zhuǎn)子的勵磁驅(qū)動電壓波形相疊加后產(chǎn)生的調(diào)幅電壓，該調(diào)幅電壓通過主回路整流電路正反相整流形成所需頻率的正弦波交流輸出電壓。本發(fā)明的總造價均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機和逆變發(fā)電機，且從性能而言，本發(fā)明的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達到現(xiàn)有逆變發(fā)電機的水平，而遠高于同步發(fā)電機。
文檔編號H02P9/14GK101610061SQ20091011577
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者陳維加 申請人:陳維加