[发明专利]一种变流变频的方法和装置

说明书

本发明是涉及一种变流变频的方法和装置，特别是涉及一种用动态开关元件（如换向器）与静态可控开关元件（如可控硅元件等）结合和感性负载的若干组初级绕组，将直流变换为交流或将直流变换为直流的方法和实现该方法的装置。

目前大量使用着由可控硅等半导体器件构成的变流变频装置，这种装置已满足大部分复杂的变流变频要求，但在复杂的变流变频装置中，其基本电路存在换流困难或波形畸变的问题，为解决这些问题，附加电路和强迫换流电路相当复杂和庞大，由于可控硅元件的关断时间，限制了变频器的频率。

在中国专利CN1070520中公开了一种利用换向器来换流的方法和装置，这种方法和装置使机械换流方法和装置向实用化推进了一大步，但大范围变频时，所用的换向器，制做非常麻烦，而且需不断调节直流电源的电压。

本发明的目的在于从一定程度上弥补现有技术中的不足，提供一种由转动的换向器和集电环与静态的可控开关元件结合和感性负载的若干组初级绕组与对应的次级绕组或对应的固有磁场来变流变频的方法，同时也提供一种根据该方法产生的变流变频的装置。

上述发明的目的是通过下述方法来解决的，该方法是通过换向器电刷，换向器，n个（n＞1）集电环，n个集电环电刷和原动机与感性负载的y组初级绕组和与其对应的次级绕组或对应的固有磁场等主要构件来进行换流的，而通过分别串连在各个集电环电刷输出端与对应的感性负载初级绕组输入端之间的m个可控开关元件来分别控制每个集电环输入给对应的感性负载初级绕组的矩形波直流脉冲宽度。（上述n、m、y的数量关系是p≥n≥m≥y≥x，感性负载是交流的时，p、m、n和y是偶数，感性负载是直流的时，p、m和n可以是偶数也可以是奇数，x是指交流感性负载的相数，直流感性负载时，x≥1，p是下述换向器上换向片的组数，下同），其具体步骤是：

第一步：通过换向器电刷把直流电源的一端输入给转动的换向器，由转动的换向器的p组换向片把平稳的直流电转换成矩形波直流电。

第二步：把p组换向片输出的矩形波直流电输入给与换向片分别联接且与换向器同轴转动的n个集电环，转动的集电环将矩形波直流电输入给与集电环对应的n个集电环电刷。

第三步：把n个集电环电刷分别或分组输出的不同时刻与时间的矩形波直流电，分别输入给感性负载的y组初级绕组，由此而改变输入给感性负载的y组初级绕组中每组初级绕组里的各个初级绕组的电流方向及电位和通电时刻及时间。

第四步：由n个集电环电刷的各个输出端分别或分组独立的输出矩形波直流电，由感性负载的y组初级绕组的y个公共输出端分别独立地输出脉动直流电。

第五步：通过感性负载的磁耦合使与初级绕组对应的次级绕组上感生交流电，或通过感性负载的磁路，使初级绕组电磁场与对应的固有磁场或感生电磁场之间产生相互作用力。

当把n个集电环电刷分别或分组输出的矩形波直流电分别输入给对应的m个可控开关元件的输入端后，每个集电环电刷所分别输出的矩形波直流电就由对应的可控开关元件输出，波长由可控开关元件的导通时刻所决定。每个可控开关元件输入给对应的感性负载初级绕组的矩形波直流电，通电时刻就由所对应的可控开关元件的导通时刻所决定，即由可控开关元件控制极接受导通控制信号的时刻所决定。

通过改变感性负载的y组初级绕组中每组初级绕组里的初级绕组数目与设计和与其对应的次级绕组或固有磁场数目与设计;改变每组初级绕组中各绕组之间的接法;相应地改变n个集电环电刷的各个输出端与感性负载的y组初级绕组，各个公共输入端的接法或相应地改变m个可控开关元件各个输出端与感性负载的y组初级绕组各个公共输入端的接法，可以改变感性负载次级绕组输出交流电的相数或相位差，或改变初级绕组的电磁场与对应的固有磁场或感生电磁场之间相互作用力的关系或合成磁场;或降低可控开关元件承受的反向电压;或改变感性负载次级绕组输出的交流电的频率。

通过增加换向器电刷的数目，改变感性负载的每组初级绕组里的绕组数目和设计，同时改变n个集电环电刷的各个输出端或m个可控开关元件的各个输出端与多相感性负载的各组初级绕组公共输入端之间的接法，可以使多相感性负载的次级绕组输出多相交流电。改变换向器电刷相互间的角度，可以改变感性负载的次级绕组输出交流电的相位差。