[实用新型]一种机电混合无弧换向的多相逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及机械电子混合逆变器的技术领域，特别是涉及机电混合无弧换向的多相逆变器。

背景技术

目前，常用逆变器是通过电力电子开关器件组成逆变拓扑，再对开关器件的开通、关断进行控制来实现的。逆变拓扑中的器件包括开通、关断可控的主管和与主管反并联的续流二极管，其中可控电力电子器件成本高昂且容量受限，同时由于需要复杂的控制，进一步提高了系统成本，降低了系统可靠性。传统直流电机的机械换向装置本质上也是一个逆变器，但其几乎不可避免的存在火花，且有可能产生电弧，同时还存在换向器结构复杂、成本高昂等缺点。

中国发明专利CN1455511A“交流永磁电机的机械逆变装置”提出了一种驱动交流永磁电机的机械逆变器，该逆变器将机械换向装置中电刷、换向器和电子逆变器中二极管续流桥臂结合起来，不需要控制器和可控电力电子开关器件，并试图解决传统机械换向中存在的电弧和火花问题，但实际效果表明其难以抑制换向电弧和火花，而且这种逆变器中每相负载分别配备一个换向器，需要较多的换向片和二极管续流桥臂。

因此希望有一种机电混合无弧换向的多相逆变器可以克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机电混合无弧换向的多相逆变器来克服现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供一种机电混合无弧换向的多相逆变器，所述机电混合无弧换向的多相逆变器包括：换向电刷、换向器、输出滑环和输出电刷；换向电刷包括一个或多个换向片组，换向电刷之间以互差360°/m的机械角度相邻，换向电刷全部负载共用一个换向器，每个换向片组由电源正极换向片、续流换向片Ⅰ、电源负极换向片和续流换向片Ⅱ构成，电源正极换向片、续流换向片Ⅰ、电源负极换向片和续流换向片Ⅱ彼此之间通过云母片绝缘，按圆周排布成完整的360°电角度周期，占机械角度为360°/P，每个电源正极换向片、电源负极换向片的电角度为120°，机械角度为120°/P，每个续流换向片Ⅰ、续流换向片Ⅱ分别与其前后绝缘云母片电角度为60°，机械角度为60°/P。

优选地，所述多相逆变器还包括一套或多套续流缓冲电路，其中每套续流缓冲电路包括一个缓冲电容和两个续流桥臂，每个续流桥臂由三个二极管组成；电源正极换向片连接直流电源正极，电源负极换向片连接直流电源负极，续流换向片Ⅰ和续流换向片Ⅱ分别连接一个二极管续流桥臂的中点；电动机带动所述换向电刷和输出滑环同轴旋转，实现了所述换向电刷和换向器之间的相对滑动，从而将直流逆变为所述换向电刷上旋转的m相交流，再通过所述输出滑环和输出电刷之间的相对滑动转变为静止的m相交流；逆变器正常工作需满足续流缓冲电路状态唯一性、绕组不悬空和电容选择原则。

优选地，所述换向器、续流缓冲电路和所述输出电刷固定连接，所述换向电刷和输出滑环由同一个电动机带动同轴旋转，电动机带动所述换向电刷和输出滑环同轴旋转，所述换向电刷和换向器之间的相对滑动将直流逆变为所述换向电刷上旋转的多相交流，再通过所述输出滑环和输出电刷之间的相对滑动转变为静止的多相交流。

优选地，调节直流电源电压即可调节输出交流电压，调节电动机转速即可调节输出交流频率。

优选地，所述逆变器正常工作需满足续流缓冲电路状态唯一性原则，为了保证续流缓冲电路工作状态的唯一性，每套续流缓冲电路任意时刻最多只能与一相负载连接，包括：多相负载不会直接连接到同一续流换向片；多相负载不会通过同一续流桥臂连接的不同组续流换向片连接到该续流桥臂；多相负载不会通过同一套续流缓冲电路的不同续流桥臂连接到该套续流缓冲电路。

优选地，所述逆变器正常工作需满足负载不悬空原则，为了保证负载在完全脱离当前换向片前能连接到下一换向片，即任意时刻无负载出现悬空状态，换向电刷宽度需大于换向片间云母绝缘片宽度。

优选地，所述续流缓冲电路续流过程中为了抑制起弧，所述换向电刷和电源换向片间电场强度应低于门槛电场强度，给定一个最低的不起弧输出交流频率，对应一个最低的电动机转速，门槛电场强度乘以所述换向电刷在该转速时的线速度即为不起弧电压变化率，根据该电压变化率来计算电容最小值，确保无电弧产生。最高转速时，为确保续流过程在60°电角度的续流阶段内结束，电容需在此时间段内放电完毕，根据该时间计算电容最大值。

优选地，所述续流缓冲电路不需要可控开关器件，在不用调频、调压的工况下不需要控制器，所述续流缓冲电路保证了所述换向电刷、换向器、输出滑环和输出电刷不会产生换向电弧，并抑制换向火花。