低轉速矩形波正弦波兩用發電機的製作方法

2023-06-07 22:01:31

專利名稱:低轉速矩形波正弦波兩用發電機的製作方法
本發電機與眾不同的關鍵技術在於採用了高效率的連續交流矩形波送發電，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。本發明利用這一點，在發電機單相或三相電功輸出線串入適當容量的電容器與電流周期過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換的能量全部轉變為矩形波交流電向外送發。這與串入電容器補償功率因數電流波形仍是正弦波做法不同。並且串入電容器獲得連續交流矩形波是一種最簡單、成本最低的方法，得到了下述的技術效果
一、在同一輸出電壓時，採用矩形波可比正弦波多送發1/5或1/3電能。電機功比，電機效率和電磁轉換效率高於正弦波，這一點在小功率電機更加特出。
二、發電機採用矩形波具有優異的低轉速滿載輸出性能。矩形波交流電無最大值，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分量小於矩形波。以有效值平均值與矩形波比較功率因素小於矩形波，以平均值有效值對應矩形波，其最大值必須高於矩形波，也就是說矩形波功率因數以功率除以電壓和電流的乘積得出。正弦波功率因數必須以有功功率除以電壓和電流的乘積得出。由於發電機電壓正比於轉速，也就是說正弦波發電必須更大的轉速才能達到等效於矩形波的電流電壓值和功率因數，等於矩形波可在比正弦波低的的轉速下滿載輸出。這種低轉速能夠滿載發電的電機對於利用低流速的波力、風力、潮汐力、海流力和常處於低速運轉的各種熱機發電是非常重要的。因為這種電機能簡化或省略變速機構，降低動力一發電裝置的造價。提高機 率和利用率。根據製作的永磁激磁單相220伏60瓦，120瓦和三相電激磁380伏400瓦三種樣機試驗結果。已能做到一、採用矩形波可比用正弦波低1/3或1/2轉速滿負荷輸出。二、用矩形波在相同電壓下可比正弦波多送發1/5或1/3電能。三、用矩形波電機電磁一機械能轉換效率和電機功比高於正弦波發電。上述試驗樣機在電機與負載之間串入電容可作矩形波發電機使用。不串接電容可作正弦波發電機用，因此樣機具有發送兩種波形交流電的功能，能適應電阻性、整流性和電感性不同負載的需要。以60瓦永磁激磁樣機試驗模擬風力發電，用1∶8齒輪變速，在相當於風漿每秒兩轉(約4級風)已220伏60瓦交流矩形波滿載輸出。由於磁通飽和的穩壓作用，電容對過電壓的吸收和交流機本身的限流作用，滿負載轉速上升到3倍，電壓上升未過20%， 1/3 負載未超過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，不會給電器造成過載損壞，220V，60W樣機是用45W，6V手扶拖拉機飛輪發電機改成，串入4微法電容改作矩形波發電增加15W功率，降低1/3轉速滿載。400W三相矩形波發電機採用電激電磁其輸出電壓可以調整。是用2500轉350瓦12V汽車爪極式發電機改成，以矩形波送發電1500轉時已380伏，400瓦瓦滿載，與原正弦波發電方式比較降低 1/3 轉速滿載。增加輸出50瓦以上電功。120瓦永磁激磁單相220伏樣機用原90瓦12V永磁交流發電機改制。用矩形波在原轉速一半時已220伏120瓦滿載輸出。綜合上述試驗結果證明矩形波發送電伏於正弦波。
利用本項技術可製造生產下列發電機
一、製造單家獨戶用的永磁式或電激磁式家用風力發電機。以開發和利用風能這種便於吸取的能源，製造各種類型交通工具專用高功比，低轉速矩形波交流發電機。製造各種不同功率、電壓的移動式、固定式電站的高功比，矩形波、正弦波兩用發電機。
二、在本項發明發電機中由於電容器容量QC、電壓V、電流I，磁通φ、頻率fn都是互相連繫的變量呈正比變化，因此本發電機有一個寶貴的特性發出的電壓越高滿載需要的轉速就越小、機組的造價和成本也就越低。這種特性使本項技術製造的發電機比其它發電機更能適應低轉速、大扭矩力的內河低壩低水頭水力發電，風力發電、波力發電，海流力、潮汐力等自然能源發電。同樣也適應利用低溫差，處於低轉速運轉的斯特林發動機和奧鈦諾記憶合金髮動機及其它熱機發電。按公式I＝ (U)/(R) 和Q＝ (ωOL)/(R) ＝ 1/(ω0CR) ;利用本項技術將電容器製成超導的形式與超導發電機電樞線圈串連，那麼就可以製成在極低轉速下滿載發電，效率接近於1的超導矩形波交流發電機，上述各機種發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為高壓直流向外饋送。
說明書付圖所示有試驗樣機發送的矩形交流電波形、正弦波、矩形波兩用時輸出電功的接線，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為單相發電機在較低轉速時仍有足夠電功輸出的接線圖。此種發電機整個定子線圈與電容串連諧振產生矩形波交流電，輸出電功在定子線圈適當部位抽頭接出，其原理類似電視機上的鐵磁諧振穩壓變壓器。但是交流發電機上採用這種方式升壓穩壓的效果較變壓器更為顯著。據220V，90W永磁激磁發電機的初步試驗結果。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轉速時已220V，60W電功輸出。而正弦波發電在此種轉速時由於電壓太低供電失去意義等於無電功輸出。圖4的發電方式效率低於正弦波，改善的方法可在A點串入一消振電阻來提高輸出電流的波頂因數。圖4中電流繼電器J是簡單的發電機保護裝置，其作用是低轉速發電機切斷負載無電流輸出將電容與線圈斷開防止電容迴路諧振電流太大燒毀發電機。
圖5是三相低轉速矩形波發電的接線圖，1、2、3點三相功率輸出，4點中性接地，圖中只畫出-相電流繼電器保護。
圖6是一般汽車用三相低電壓，低轉速矩形波發電機定子線圈結構圖。設計本發電機的目的是為了得到一種在汽車發動機最低轉速仍能對儲電瓶充電的發電機，其結構要求在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電勢是同相疊加的。從高低壓線圈的連接點抽頭作功率輸出，高壓線圈只作在低轉速時諧振的矩形波激磁線圈用。據用24V，350W三相爪極式發電機採用上述結構初步試驗，600轉時已能輸出4A以上電流充電。1500轉以上轉速時，電容迴路，已不在其諧振範圍流過的無功電流很小，三相電容器是通過電流繼電器三相觸點與高壓線圈串連，一但低轉速時無負載電流，繼電器將B點斷開保護髮電機。圖中未畫出電流繼電器和整流全橋。如果本發電機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，那麼本發電機在發動機的整個轉速範圍內的功比將高於現有矽整流發電機。上述樣機單相120W電機串電容10微法。三相400W樣機每相串電容15微法。圖4電機串連電容10微法。圖5同380V、400W三相樣機，圖6樣機電容可在4-10微法之間選用。
權利要求
1、一種新式的發電機，能作為矩形波，正弦波兩用或單用，其將全部電功率轉變為矩形波交流電向外送發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生的。本發明的方法能制出矩形波正弦波兩用發電機。
2、按權利1所述電動機，可製成單相、三相、多相和永磁激磁，電激磁的形式。可製成各種大小不同電壓、頻率、功率、用途的矩形波、正弦波兩用、單用的形式的發電機裝置。
3、按權利要求
1、2所述發電機，其運用於低轉速獲得電功輸出的技術特徵是整個定子線圈直接與電容串連形成低阻高Q的多諧振蕩迴路。所需電功在定子線圈適當部位抽頭輸出，其在汽車交流發電機上運用是每隻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激繞阻用，驅動低壓繞組在低轉速下輸出額定電壓電功。
4、按權利要求
1、2、3所述發電裝置，其發出的矩形波交流電在電阻性負載如工業熔煉、焊接、整流性負載如高壓直流輸電、交通、運載工具、工業電鍍、電解方面的運用。
專利摘要
本發明是一種新式發電機，適應要求發電機在低轉速下能夠滿載輸出發電，要求輸出功比，饋送電能比，機電轉換效率高於現有發電機。本發電機能製成交流矩形波、正弦波兩用的形式。採用交流矩形波可比正弦波發送更多的電能，矩形波不適應電感性負載和變壓器輸電，卻能適應電阻性負載和整流性負載，如家用、工業用電熱器、高壓直流輸電和各種類交通工具的直流電系。能提高整個發電-輸電，用電系統的效率和降低系統的成本。
文檔編號H02K39/00GK85100386SQ85100386
公開日1986年10月8日 申請日期1985年7月26日
發明者陳雅羅 申請人:陳雅羅導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan