專利名稱:低轉(zhuǎn)速矩形波正弦波兩用發(fā)電機(jī)的制作方法
本發(fā)電機(jī)與眾不同的關(guān)鍵技術(shù)在于采用了高效率的連續(xù)交流矩形波送發(fā)電，正弦交流電的各次諧波成份在電樞線圈磁通飽和的情況下有增大的趨勢(shì)。本發(fā)明利用這一點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)單相或三相電功輸出線串入適當(dāng)容量的電容器與電流周期過(guò)程中變化的磁通和電壓形成豐富的多諧振蕩成份將電磁轉(zhuǎn)換的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ń涣麟娤蛲馑桶l(fā)。這與串入電容器補(bǔ)償功率因數(shù)電流波形仍是正弦波做法不同。并且串入電容器獲得連續(xù)交流矩形波是一種最簡(jiǎn)單、成本最低的方法，得到了下述的技術(shù)效果
一、在同一輸出電壓時(shí)，采用矩形波可比正弦波多送發(fā)1/5或1/3電能。電機(jī)功比，電機(jī)效率和電磁轉(zhuǎn)換效率高于正弦波，這一點(diǎn)在小功率電機(jī)更加特出。
二、發(fā)電機(jī)采用矩形波具有優(yōu)異的低轉(zhuǎn)速滿載輸出性能。矩形波交流電無(wú)最大值，平均值、有效值之分。以正弦波最大值比較矩形波其電流包絡(luò)分量小于矩形波。以有效值平均值與矩形波比較功率因素小于矩形波，以平均值有效值對(duì)應(yīng)矩形波，其最大值必須高于矩形波，也就是說(shuō)矩形波功率因數(shù)以功率除以電壓和電流的乘積得出。正弦波功率因數(shù)必須以有功功率除以電壓和電流的乘積得出。由于發(fā)電機(jī)電壓正比于轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)正弦波發(fā)電必須更大的轉(zhuǎn)速才能達(dá)到等效于矩形波的電流電壓值和功率因數(shù)，等于矩形波可在比正弦波低的的轉(zhuǎn)速下滿載輸出。這種低轉(zhuǎn)速能夠滿載發(fā)電的電機(jī)對(duì)于利用低流速的波力、風(fēng)力、潮汐力、海流力和常處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的各種熱機(jī)發(fā)電是非常重要的。因?yàn)檫@種電機(jī)能簡(jiǎn)化或省略變速機(jī)構(gòu)，降低動(dòng)力一發(fā)電裝置的造價(jià)。提高機(jī) 率和利用率。根據(jù)制作的永磁激磁單相220伏60瓦，120瓦和三相電激磁380伏400瓦三種樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果。已能做到一、采用矩形波可比用正弦波低1/3或1/2轉(zhuǎn)速滿負(fù)荷輸出。二、用矩形波在相同電壓下可比正弦波多送發(fā)1/5或1/3電能。三、用矩形波電機(jī)電磁一機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率和電機(jī)功比高于正弦波發(fā)電。上述試驗(yàn)樣機(jī)在電機(jī)與負(fù)載之間串入電容可作矩形波發(fā)電機(jī)使用。不串接電容可作正弦波發(fā)電機(jī)用，因此樣機(jī)具有發(fā)送兩種波形交流電的功能，能適應(yīng)電阻性、整流性和電感性不同負(fù)載的需要。以60瓦永磁激磁樣機(jī)試驗(yàn)?zāi)M風(fēng)力發(fā)電，用1∶8齒輪變速，在相當(dāng)于風(fēng)漿每秒兩轉(zhuǎn)(約4級(jí)風(fēng))已220伏60瓦交流矩形波滿載輸出。由于磁通飽和的穩(wěn)壓作用，電容對(duì)過(guò)電壓的吸收和交流機(jī)本身的限流作用，滿負(fù)載轉(zhuǎn)速上升到3倍，電壓上升未過(guò)20%， 1/3 負(fù)載未超過(guò)25%
即使短路電流也不增加，一般P＝I2R，增加的電壓不能成為有功功率，不會(huì)給電器造成過(guò)載損壞，220V，60W樣機(jī)是用45W，6V手扶拖拉機(jī)飛輪發(fā)電機(jī)改成，串入4微法電容改作矩形波發(fā)電增加15W功率，降低1/3轉(zhuǎn)速滿載。400W三相矩形波發(fā)電機(jī)采用電激電磁其輸出電壓可以調(diào)整。是用2500轉(zhuǎn)350瓦12V汽車爪極式發(fā)電機(jī)改成，以矩形波送發(fā)電1500轉(zhuǎn)時(shí)已380伏，400瓦瓦滿載，與原正弦波發(fā)電方式比較降低 1/3 轉(zhuǎn)速滿載。增加輸出50瓦以上電功。120瓦永磁激磁單相220伏樣機(jī)用原90瓦12V永磁交流發(fā)電機(jī)改制。用矩形波在原轉(zhuǎn)速一半時(shí)已220伏120瓦滿載輸出。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果證明矩形波發(fā)送電伏于正弦波。
利用本項(xiàng)技術(shù)可制造生產(chǎn)下列發(fā)電機(jī)
一、制造單家獨(dú)戶用的永磁式或電激磁式家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)。以開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能這種便于吸取的能源，制造各種類型交通工具專用高功比，低轉(zhuǎn)速矩形波交流發(fā)電機(jī)。制造各種不同功率、電壓的移動(dòng)式、固定式電站的高功比，矩形波、正弦波兩用發(fā)電機(jī)。
二、在本項(xiàng)發(fā)明發(fā)電機(jī)中由于電容器容量QC、電壓V、電流I，磁通φ、頻率fn都是互相連系的變量呈正比變化，因此本發(fā)電機(jī)有一個(gè)寶貴的特性發(fā)出的電壓越高滿載需要的轉(zhuǎn)速就越小、機(jī)組的造價(jià)和成本也就越低。這種特性使本項(xiàng)技術(shù)制造的發(fā)電機(jī)比其它發(fā)電機(jī)更能適應(yīng)低轉(zhuǎn)速、大扭矩力的內(nèi)河低壩低水頭水力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電、波力發(fā)電，海流力、潮汐力等自然能源發(fā)電。同樣也適應(yīng)利用低溫差，處于低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和奧鈦諾記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)及其它熱機(jī)發(fā)電。按公式I＝ (U)/(R) 和Q＝ (ωOL)/(R) ＝ 1/(ω0CR) ;利用本項(xiàng)技術(shù)將電容器制成超導(dǎo)的形式與超導(dǎo)發(fā)電機(jī)電樞線圈串連，那么就可以制成在極低轉(zhuǎn)速下滿載發(fā)電，效率接近于1的超導(dǎo)矩形波交流發(fā)電機(jī)，上述各機(jī)種發(fā)出的大功率矩形波交流電可直接利用大功率高壓倍壓整流裝置變?yōu)楦邏褐绷飨蛲怵佀汀?br> 說(shuō)明書(shū)付圖所示有試驗(yàn)樣機(jī)發(fā)送的矩形交流電波形、正弦波、矩形波兩用時(shí)輸出電功的接線，圖中1表示單相正弦波輸出線端，2表示矩形波輸出。3、4、5表示三相交流矩形波輸出。6、7、8表示三相正弦波輸出。付圖圖1表示矩形波交流電測(cè)試波形。圖2表示單相輸出矩形波正弦波兩用接法。圖3表示三相輸出矩形波、正弦波交流電兩用接法。
圖4為單相發(fā)電機(jī)在較低轉(zhuǎn)速時(shí)仍有足夠電功輸出的接線圖。此種發(fā)電機(jī)整個(gè)定子線圈與電容串連諧振產(chǎn)生矩形波交流電，輸出電功在定子線圈適當(dāng)部位抽頭接出，其原理類似電視機(jī)上的鐵磁諧振穩(wěn)壓變壓器。但是交流發(fā)電機(jī)上采用這種方式升壓穩(wěn)壓的效果較變壓器更為顯著。據(jù)220V，90W永磁激磁發(fā)電機(jī)的初步試驗(yàn)結(jié)果。在定子線圈9/10處抽頭輸出電功，在原正弦波滿載輸出的1/3轉(zhuǎn)速時(shí)已220V，60W電功輸出。而正弦波發(fā)電在此種轉(zhuǎn)速時(shí)由于電壓太低供電失去意義等于無(wú)電功輸出。圖4的發(fā)電方式效率低于正弦波，改善的方法可在A點(diǎn)串入一消振電阻來(lái)提高輸出電流的波頂因數(shù)。圖4中電流繼電器J是簡(jiǎn)單的發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，其作用是低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)切斷負(fù)載無(wú)電流輸出將電容與線圈斷開(kāi)防止電容回路諧振電流太大燒毀發(fā)電機(jī)。
圖5是三相低轉(zhuǎn)速矩形波發(fā)電的接線圖，1、2、3點(diǎn)三相功率輸出，4點(diǎn)中性接地，圖中只畫(huà)出-相電流繼電器保護(hù)。
圖6是一般汽車用三相低電壓，低轉(zhuǎn)速矩形波發(fā)電機(jī)定子線圈結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)本發(fā)電機(jī)的目的是為了得到一種在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速仍能對(duì)儲(chǔ)電瓶充電的發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)要求在12V-24V粗線低壓線圈上方同槽嵌入匝比5倍以上，線徑約0.21-0.27毫米漆包線的高壓線圈，如圖中L1與高壓線圈L2同槽L3與L4同槽，每相的各只高壓線圈串連再與低壓線圈串連，即每相高低壓線圈感應(yīng)電勢(shì)是同相疊加的。從高低壓線圈的連接點(diǎn)抽頭作功率輸出，高壓線圈只作在低轉(zhuǎn)速時(shí)諧振的矩形波激磁線圈用。據(jù)用24V，350W三相爪極式發(fā)電機(jī)采用上述結(jié)構(gòu)初步試驗(yàn)，600轉(zhuǎn)時(shí)已能輸出4A以上電流充電。1500轉(zhuǎn)以上轉(zhuǎn)速時(shí)，電容回路，已不在其諧振范圍流過(guò)的無(wú)功電流很小，三相電容器是通過(guò)電流繼電器三相觸點(diǎn)與高壓線圈串連，一但低轉(zhuǎn)速時(shí)無(wú)負(fù)載電流，繼電器將B點(diǎn)斷開(kāi)保護(hù)發(fā)電機(jī)。圖中未畫(huà)出電流繼電器和整流全橋。如果本發(fā)電機(jī)高壓繞組輸出的高壓交流電能在汽車和其它交通工具上得到利用，那么本發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的功比將高于現(xiàn)有硅整流發(fā)電機(jī)。上述樣機(jī)單相120W電機(jī)串電容10微法。三相400W樣機(jī)每相串電容15微法。圖4電機(jī)串連電容10微法。圖5同380V、400W三相樣機(jī)，圖6樣機(jī)電容可在4-10微法之間選用。
權(quán)利要求
1、一種新式的發(fā)電機(jī)，能作為矩形波，正弦波兩用或單用，其將全部電功率轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ń涣麟娤蛲馑桶l(fā)是利用電樞磁通飽和諧波份量增大再串入電容器與變化的初值磁通和電壓形成豐富的多諧份量產(chǎn)生的。本發(fā)明的方法能制出矩形波正弦波兩用發(fā)電機(jī)。
2、按權(quán)利1所述電動(dòng)機(jī)，可制成單相、三相、多相和永磁激磁，電激磁的形式?？芍瞥筛鞣N大小不同電壓、頻率、功率、用途的矩形波、正弦波兩用、單用的形式的發(fā)電機(jī)裝置。
3、按權(quán)利要求
1、2所述發(fā)電機(jī)，其運(yùn)用于低轉(zhuǎn)速獲得電功輸出的技術(shù)特征是整個(gè)定子線圈直接與電容串連形成低阻高Q的多諧振蕩回路。所需電功在定子線圈適當(dāng)部位抽頭輸出，其在汽車交流發(fā)電機(jī)上運(yùn)用是每只低壓線圈之上再同槽嵌入一高壓線圈與電容串連作矩形波勵(lì)激繞阻用，驅(qū)動(dòng)低壓繞組在低轉(zhuǎn)速下輸出額定電壓電功。
4、按權(quán)利要求
1、2、3所述發(fā)電裝置，其發(fā)出的矩形波交流電在電阻性負(fù)載如工業(yè)熔煉、焊接、整流性負(fù)載如高壓直流輸電、交通、運(yùn)載工具、工業(yè)電鍍、電解方面的運(yùn)用。
專利摘要
本發(fā)明是一種新式發(fā)電機(jī)，適應(yīng)要求發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下能夠滿載輸出發(fā)電，要求輸出功比，饋送電能比，機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高于現(xiàn)有發(fā)電機(jī)。本發(fā)電機(jī)能制成交流矩形波、正弦波兩用的形式。采用交流矩形波可比正弦波發(fā)送更多的電能，矩形波不適應(yīng)電感性負(fù)載和變壓器輸電，卻能適應(yīng)電阻性負(fù)載和整流性負(fù)載，如家用、工業(yè)用電熱器、高壓直流輸電和各種類交通工具的直流電系。能提高整個(gè)發(fā)電-輸電，用電系統(tǒng)的效率和降低系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)H02K39/00GK85100386SQ85100386
公開(kāi)日1986年10月8日 申請(qǐng)日期1985年7月26日
發(fā)明者陳雅羅 申請(qǐng)人:陳雅羅導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan