换向式电力变流器--方案讨论

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今天在群里大家看到了一个专利发明--换向式电力变流器。给大家贴上来，大家讨论讨论，这种方案是否可行？有何优缺点？望大家各抒己见，多多讨论。
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换向式电力变流器项目介绍                                 登录/注册后可看大图

说明书摘要 本发明涉及一种换向式电力变流器，其特征是该变流器包括有一套由动力机械如电动机、水轮机或内燃机等驱动旋转的主轴和一组与其同步运转的换向器组成。当二只导电滑环分别接入直流正电极与直流负电极后，电滑环就将相应的正电能和负电能输送到换向器的正极片与负极片，随着机械驱动的转动，在换向器二端碳刷引出线上就能获得随轴旋转不断正负变换的正弦波交流电。本装置产生的交流电频率由换向器的极片数与主轴的转速所决定， 三组换向器在同一主轴上运转，只要三个换向器电能切入口位置相互各呈120度相位角并作永久固定，就能产生相位极其稳定的三相正弦波交流电。   说明书技术领域本发明涉及一种用机械换向方式运行的电力变流器，可大幅降低电力变流器生产成本，改善现有变流器输出电能频率的稳定性、可靠性以及电力并网的友好兼容性。背景技术风能与太阳能光伏发电并网必须使用电力变流器，目的是将瞬息万变的大自然风力大小变化或太阳能光照度变化产生的不稳定电能转变成频率稳定符合并网要求的电能。现有电力变流器均由IGBT半导体器件电路构成，普遍存在产品造价高昂、故障率高、受电网“低压穿越”影响大，会对电网产生杂谐波污染等缺点。发明风容本发明的目的是设计一种结构简单，造价低廉，故障少，不受电网“低压穿越”影响，不对电网产生杂谐波污染的高性能、高可靠性的电力变流器。本发明技术方案是这样实现的：一种用机械换向方式运行的电力变流器，其特征是该变流器包括有一套由动力机械如电动机、水轮机或内燃机等驱动旋转的主轴和一组与其同步运转的换向器组成。当二只导电滑环分别接入直流正电极与直流负电极后，电滑环就将相应的正电能和负电能输送到换向器的正极片与负极片，随着机械驱动的转动，在换向器二端碳刷引出线上就能获得随轴旋转不断正负变换的正弦波交流电。本装置产生的交流电频率由换向器的极片数与主轴的转速所决定，三组换向器在同一主轴上运转，只要三个换向器电能切入口位置相互各呈120度相位角并作永久固定，就能产生相位极其稳定的三相正弦波交流电。用本发明技术制作的电力变流器结构非常简单，由于不使用IGBT半导体器件，所以生产成本很低，又因为本设计没有易损易坏零件，所以可靠性非常高。碳刷是一种可更换的损耗性零件，使用寿命是已知的，可以几个月更换一次，所以用本发明技术制作的变流器可以无人值守，故障率极低，只要作定期运行检查就行了。本发明主轴的旋转动力可以是电动机，也可以是水轮机或内燃机等，其中用电动机驱动“摆线针轮减速机”效果最好。“摆线针轮减速机”充许长期不间断运行，只要供电频率不变，就能产生非常稳定的旋转速度，由于国内电网频率均为50赫兹，所以“摆线针轮减速机”动力输出转速非常稳定，电动机供电即是发生±30%电压波动，“摆线针轮减速机”仍可保持非常稳定的旋转速度。由于本发明设计的电力变流器主轴旋转速度与换向器极片数是预先设计的不会变动，所以输出电能频率非常稳定，输入电压高低变化不影响本发明设计的变流器输出电能频率。本发明设计的电力变流器只要主轴在旋转，就能稳定地向外输出正弦波交流电，所以不存在现有普通变流器经常会出现的电网“低压穿越”脱网的问题。本发明设计的电力变流器输出功率由换向器与碳刷的负载能力所决定，只要换向器与碳刷接触面积足够大，电流负荷可满足设计要求，本发明设计的电力变流器功率就可以做得非常大。附图说明下面结合具体图例对本发明做进一步说明：                                 登录/注册后可看大图 图1为《换向式电力变流器》工作原理图，其中 1-旋转动力机械 2-直流正极电滑环 3-直流负极电滑环 4-换向器负极片 5-换向器正极片 6-直流正极引接碳刷 7-直流负极引接碳刷 8-交流电输出碳刷 9-交流电输出碳刷 DC-直流电输入； AC-交流电输出 具体实施方式：参照图1，一组换向式电力变流器组件，包括动力旋转机械1，该动力旋转机械可以是电动机、水轮机、内燃机或“摆线针轮减速机”等。DC（直流）电正极通过碳刷6将电能引接到正极电滑环2，正极电滑环2与换向器正极片5电连接；直流电负极通过碳刷7将电能引接到负极电滑环3，负极电滑环3与换向器负极片4电连接。图中所示状态碳刷8带负电荷，碳刷9带正电荷。当动力机械1主轴旋转180度时，原来带负电荷的碳刷8变成了带正电荷；原来带正电荷的碳刷9变成了带负电荷。随着动力旋转机械1的继续循环运转，碳刷8与碳刷9之间就能输出正负不断交替变换的正弦波交流电。图2是带三相输出功能的原理样机组件轴实物图                                 登录/注册后可看大图 1- 变流器主轴前端 2- 主轴前端轴承 3- A相交流输出换向器 4- A相直流正极输入电滑环 5- A相直流负极输入电滑环 6- B相交流输出换向器 7- B相直流正极输入电滑环 8- B相直流负极输入电滑环 9- C相交流输出换向器 10- C相直流正极输入电滑环 11- C相直流负极输入电滑环 12- 变流器主轴后端 13- 主轴后端轴承 需要特别提醒的是换向器要保留足够的绝缘隔离极片，以防碳刷在换向器不同电荷的电极中发生短路现象。三相交流6根输出线应通过隔离变压器后才能并接零线成为三相交流电，通过隔离变压器并接成三相交流电后才能进行电力并网。换向器电极片数与绝缘隔离极片数的数值比例变动可改变输出正弦波交流电的波形和输出电力有功功率的比值。 权利要求书1、一种换向式电力变流器，其特征是该变流器包括有一套由动力机械如电动机、水轮机或内燃机等驱动旋转的主轴和一组与其同步运转的换向器组成，当二只导电滑环分别接入直流正电极与直流负电极后，电滑环就将相应的正电能和负电能输送到换向器的正极片与负极片，随着机械驱动的转动，在换向器二端碳刷引出线上就能获得随轴旋转不断正负变换的正弦波交流电。2、根据权利要求1所述的换向式电力变流器，可以作单组件单相逆变输出，也可以作三组件三相正弦波交流电输出。3、根据权利要求1所述的换向式电力变流器，可以按需改变主轴的旋转速度以达到电力调频的目的。                                 登录/注册后可看大图

《换向式电力变流器》发明专利项目简介

一、技术应用范围：《换向式电力变流器》技术可用于生产单相正弦波逆变器、并网用大功率三相全功率风电变流器、光伏并网变流器、大功率变频器、便携式三相正弦波逆变器等，在电力牵引机车、军事潜艇上可能也可获得应用。二、项目环保优势：《换向式电力变流器》在生产过程中不会产生环境污染，不会产生员工“职业病”危害，生产过程无需工业用水、无产业废弃物，所有废弃物（铜、铁）均可回收出售，本项目是目前难得一见的超高经济效益的好项目，望有兴趣的企业，请把握机会，尽快与本人联系。三、生产条件：器件、原材料均可市购，机械加工方面只需普通机械加工能力即可。需要机械设备：车床、铣床、刨床、钻床、电焊机、冲床、剪床、线切割。四、产品性能优势:本项目不使用 IGBT 半导体器件，生产的变流器产品成本很低，可靠性极高可无人值守，不存在“低压穿越”之故障，输出电能频率稳定可靠不受输入电压变化影响，三相输出相位准确可靠不位移，可长期不间断运行，通用互配性好，不存在一对一配对的问题。五、成本优势：现市面 3MW 直驱式风电变流器售价约 150 万元，用本技术生产成本不会超过 3 万元，且产品各项性能要比 150 万元的好非常多。本技术产品面市后，现有市面全功率变流器产品估计很快就会被淘汰。 六、联系方式：  注意:有意者请与本人直接联系，不作任何委托。    欢迎各位试制《换向式电力变流器》实验样机 欢迎各位试制《换向式电力变流器》实验样机，如果您对本项目市场前景看好，对本项目各项技术性能抱有信心，那么就请尽快与本人联系购买《换向式电力变流器》专利技术许可。《换向式电力变流器》发明专利申请号：201110357888.0 ,本专利知识产权只作多家授权许可使用，不作独家授权或知识产权整体出售，一旦授权许可成功，即会在本网页进行公告。获授权企业只能自身使用本专利技术，不得对其它任一方进行本专利技术再许可。所有授权企业除一次性缴纳授权许可费用外，专利申请人在专利申请期及专利授权后的有效期内均对授权企业收取本专利产品销售总额的 1% 提成（ 即产品销售值1亿元提成100万元 ），专利权人会向授权企业提供提成费用的税务局正规发票。 为保护先期授权许可企业利益，一次性授权许可使用费采用“后者比前者授权使用费至少多一倍”的做法，例如第一家授权许可费假设是20万元，第二家则至少是40万元；如果第二家真是40万元，则第三家必须是80万元以上。本专利“授权许可费”自愿增多不限制。例如：第二家授权许可费是40万元，第三家自愿提至300万元（可对后面进入者设置资金门槛），则第四家必须是不低于600万元，以此类推。国外企业或合资企业同等对待，所有授权许可费用均是含税价，会向授权企业提供税务部门正规发票。获授权企业将与本人签定“专利申请实施许可”与“专利实施许可”二份合同，先向国家知识产权局申请“专利申请实施许可”合同备案，待本专利正式授权后再向国家知识产权局申请“专利实施许可”合同备案。点击这里浏览国家对“专利实施许可”与“专利申请实施许可”二种合同申请备案的方法。

《换向式电力变流器》授权许可生产企业名单公告

登录/注册后可看大图 1、企业名称地址联系人联系电话至2012年1月8日止尚未有过授权许可使用记录

提示：未经授权许可就商业性生产后果严重！ 《换向式电力变流器》专利授权许可使用费采用“后者比前者至少高一倍”的方法计价，所以尽早获得本专利授权许可就能在授权使用费上占有先天优势，任何优秀的项目机会，总是赋予有战略前瞻性眼光的人。如果您想现在就进行商业性生产，待本专利正式授权后再考虑作专利授权的事，那么您就可能与本项目对接机会擦肩而过，因为一旦专利正式授权，您也许已经失去购买本专利授权许可的经济能力，且产品已投入生产，到时不但要支付侵权赔款，而且支付赔款后仍无购买授权许可之能力，投入的资金将全部打水漂，忙乎一阵最后却是一场空，所以这是一种得不偿失的做法。想要利用《换向式电力变流器》专利项目占领商机，只有一种办法：尽早向本人购买本专利授权许可。

《换向式电力变流器》生产过程中的注意事项

《换向式电力变流器》技术原理虽然很简单，但在生产过程中却有几个很重要的技术要点，一旦没有把握好这些技术要点，就要重复本人先期开发本项目时所遇到的所有问题，除了在开发上可能会浪费大量时间外，还要浪费许多人力成本和宝贵的原材料资源。1、换向器极数选择：6极换向器主轴每分钟旋转1000转，输出电能频率就是50赫兹。因为换向器电能输出是由2个碳刷引接出来的，6极结构主轴每360度转一圈，就能产生3次正弦波正负变换，即每分钟共能产生3000次正负变换，每秒正负变换50次，也就是能产生50赫兹中国标准的正弦波交流电。6极换向器较适合在单相正弦波逆变器和中小功率三相变流器中使用，如果只是生产制造小功率正弦波逆变器，建议可委托换向器专业生产企业制作换向器与输入电滑环的组合构件，图3就是一种48片6极换向器与输入电滑环组合排列展开示意图，按图3极片排列结构制作就行。                                 登录/注册后可看大图 可以购买1000转/分的6伏同步直流小电动机，不必另加装任何变速装备就能直接使用。单相正弦波逆变器一般都是12伏直流电输入，可用一只三端稳压器稳至6伏后再给6伏直流同步电动机供电，这样12伏直流电即是电压下降到8伏，输出频率也不会改变。如果是做功率较大的三相并网用变流器，可以购买三相6极同步电动机作动力，三相6极同步电动机每分钟1000转，刚好可以用连轴器直接驱动6极换向器组合体产生50赫兹正弦波交流电。 2、换向器片数极数选择：如果变流器功率很大，换向器极片截面积也要跟着做大，换向器与输入电滑环外径就会比较大，这种情况下用1000转/分的转速就太快了，这样会产生很大的外向离心力，换向器的极片难以可靠固定，可以考虑制作8极的换向器与电滑环组合体，64片8极换向器每分钟750转时就能产生50赫兹交流电。购买三相8极同步电动机就行了，三相8极同步电动机每分钟刚好750转，可直接使用。如果要生产特大功率的三相并网用变流器，每分钟750转仍嫌速度太快，可以考虑制作更多极数的换向器（如80片10级每分钟600转、96片12级每分钟500转、192片24极每分钟250转，甚至384片48极每分钟125转），用摆线针轮减速机作驱动，摆线针轮减速机转速非常稳定且可以长期不间断地运行，但在设计时要注意换向器的极数与摆钱针轮减速机的转速要相符合，如有需要，甚至要与摆线针轮减速机厂方联系定做符合转速需要的摆线针轮减速机。 3、换向器与输入电滑环组合单元构架                                 登录/注册后可看大图 见图4。当生产大功率三相并网用变流器时，必须自已生产制造这种换向器与输入电滑环组合单元。材料：用绝缘性较好，相对耐温，容易加工的材料，如聚四氟乙烯、电胶木粉模压等。 4、外径：外径由换向器的极片宽度加极片间的绝缘间隙所决定。变流器功率愈大，换向器极片宽度也愈大，这样才能加载大电流的负荷，引出的碳刷与换向器接触面不能超过换向器极片的宽度，否则运行时碳刷在直流正极与负极间可能发生放电短路故障。为了增加碳刷负载能力，可以多个碳刷并联，平行地安装在换向器表面。换向器两面碳刷安装必须非常对称，否则输出电能有功功率就会打折扣。例如，要制作图3所示48片6极换向器与电滑环的组合体，采用宽度为20毫米，高度为10毫米的铜条，换向器极片间隙3毫米，那么（20+3）*48=1104 毫米，用数学方式计算一下或用一条长度为1104毫米的绳子卷一圈子，量一下就知道直径了。换向器极片铜条要加工成梯形状，角度应与圆中心线一致，使极片间绝缘间隙保持每根铜条表面与底面间隙一致。换向器组合体安装好后，需要穿入主轴并装在车床上加工车圆、抛光后才能用。如果按上述外径，换向器极片间隙为3毫米，不管主轴转在何位，碳刷与换向器接触面应保持总有二条绝缘间隙作隔离，就可有效耐压1000伏。如果碳刷与极片接触面只有一条绝缘间隙作隔离，那么就要增加换向器极片间隙，例如间隙为5毫米。当然，如果将换向器绝缘隔离片宽度做小，例如隔离片宽度缩小一半为10毫米，其它的极片宽度仍为20毫米，这样就能增加二条绝缘隔离间隙，这样也行。组合体二端电滑环位置可以在任意位置装多个碳刷进行并联以提高负载能力。中间换向器则只能平行安装多个碳刷，要保持水平位置不可错位。 5、变流器的功率设计换向式电力变流器的负载能力很强，主要是看换向器铜极片的截面积与碳刷的截面积，截面积大，负载能力就大。一辆时速400公里的动车也就是靠车体前后二个受电弓电刷的引接电能作驱动的。换向器极片截面积与实际可负载功率必须在生产过程中作进一步测定才会知道，要保证在满负载情况下长期运行发热温度不会超过60度为准。 6、变流器输出电能的有功占比率图3介绍的是48片6极换向器与电滑环组合的展开图，换向器设计成6极结构，每极共有8个换向器极片，其中有2片是作为绝缘隔离使用，真正做功的有6片，输出电能波形见图5，输出电能有功占比为75%，与传统发电机正常输出的正弦波有功占比差不多。                                 登录/注册后可看大图 如果每极8个换向器极片拿6片作为绝缘隔离用，只拿2片作有功切换，电能输出波形就如图6所示，输出电能有功占比仅为25%，这样的电能虽然也能启动电动机转动，但电动机输出力矩明显变小，电机实际负荷能力严重下降，这样的电能根本就不能用，只能称是一种垃圾电能，所以在设计制作时一定要注意。                                 登录/注册后可看大图 7、碳刷的选项择：换向器与电滑环组合体两端的电滑环对碳刷没什么太严格要求，因为整个电滑环带的不是直流正电极就是直流负电极，只要碳刷能将直流电能输入到电滑环且载荷电流足够就行。                                 登录/注册后可看大图 组合体中间的换向器交流电引出碳刷则有讲究，碳刷太小，负载能力恐不够，碳刷太大，在直流正极与直流负极间可能发生放电短路现象（见图7），原则是既要能保证直流正负极之间的绝缘隔离功能，又要保证有足够的电流负载能力。可以平行地装多个碳刷并联以增加负载能力，但要注意保证每个碳刷位置呈水平一条线，不可错位。 8、关于并网：三相换向式电力变流器一根主轴上共安装有三套“换向器与电滑环组合体”，如果换向器每极共有8个极片，其中有2个极片是作绝缘隔离用的，实际做功的有6个极片，即碳刷与换向器每移动6个有功极片就能产生一个半波波形，只要在主轴安装换向器与电滑环组合体时，第二个组合体换向器接触碳刷比第一个组合体接触碳刷迟二个极片，第三个组合体比第二个组合体换向器接触碳刷又迟二个极片，待第三个组合体极片移动二个极片后，碳刷又接触到了第一个组合体的极片，如此循环就能产生相位相隔120度的三相正弦波交流电。 注意：三组电滑环的输入直流电极必须对应，例如靠左边的电滑环全部输入直流正极，靠右的全部输入直流负极，不可错位，否则输出的是乱相电，乱相电是不能用的。一根主轴上共有三个换向器，每个换向器都有二根交流电输出，六根交流输出线不可直接零线并接，必须将6根交流输出线按相位顺序接入三相隔离变压器初级线圈的三组输入端口，隔离变压器的次级三组线圈则可作零线并接，零线并接后的电能就能进行并网，并网时相位要与电网保持一致。 9、关于远程监控由于《换向式电力变流器》没有易损易坏器件，驱动电动机、主轴及“换向器电滑环组合体”都可长期不间断工作，唯碳刷是消耗性材料，可以定期进行更换，一般情况下《换向式电力变流器》工作过程无须远程监控，只要作定期检查就行了。如果想对《换向式电力变流器》工作状态进行远程监控，可用变压器或电流互感器获取低电压或低电流，经整流成直流电后输入到监控室，用多级电阻进行分压，提取1-5伏或4-20毫安直流电就可用电脑或仪表进行监控，电脑程序可由电脑程序员进行编写，这项工作可单独进行，与本产品试制生产没有关系。 10、关于60赫兹交流输出国外电网有的规定是60赫兹频率供电，如果国内企业想将《换向式电力变流器》出口到这些国家，只要同步电动机供电电压相符合就行，同样是三相6极同步电动机，在50赫兹电网下运行每分钟是1000转，在60赫兹电网下运行则是每分钟1200转，48片6极换向器每分钟1200转时输出的就是60赫兹正弦波交流电，所以出口到这些国家的换向式电力变流器产品只要同步电动机供电电压符合要求就行，不必对换向器作任何改变。 11、单相正弦波逆变器不可电力并网用《换向式电力变流器》技术制作的单相正弦波逆变器不可进行电力并网，不管是逆变器还是电网，电能波形都是由一个正半波与一个负半波构成，单相逆变器虽然输出的电能也是正弦波交流电，频率也是50赫兹，但是将二种电能并接时，会产生一方正半波与另一方负半波直接对接的情况，所造成的后果是短路现象，所以单相逆变器是不能作电力并网的。电力并网必须要用三相正弦波交流电，电压要与所并电网相符，频率也要相同，相位也要相同，缺少任一条件都无法进行电力并网。 12、建议：获授权许可企业如果规模不是很大，建议先生产单相换向式正弦波逆变器，这种逆变器在交通等方面应用很广，可向生产换向器企业定制换向器与电滑环的组合体，只要加工少许器件如外壳、主轴、电刷架等就可装配生产，很快就能产生经济效益。单相逆变器可以一边生产，一边开发三相大功率变流器产品。另外，用改变主轴旋转速度方式生产电力变频器在工业生产中应用也非常广，本产品因为可靠性高，不易损坏，价格低，功率可以做得非常大，所以市场竞争力极强，控制方式如同小型医用离心机调速模式或者用电动机驱动“机械无极调速机”再驱动换向式变频器主轴，用这种形式作无极调频变速，在工业节能减排中有着非常重要的作用。生产三相换向式大功率并网用变流器从原理上看很简单，但做起来麻烦事很多，样品机要委托有关部门作产品性能鉴定，然后还要送风电场排队做运行实验，期间可能还要定制企业标准，同时还要订购专门配套用的三相隔离变压器作并网用，时间上可能至少要花一年，时间耗不起，所以建议要先立即生产单相逆变器或换向式电力调频器产品，立竿见影，立马就能产生经济效益。

登录/注册后可看大图 样机操作视频演示

用视频截图制作的动画

《换向式电力变流器》项目归纳总结

项目名称:换向式电力变流器发明专利申请号:201110357888.0技术类别:新能源产业联系人:林檀礼  项目简介：一种与现有变流器在结构上完全不同的新型直驱式全功率风力发电变流器，这种新型风电变流器制造成本非常低，故障极少，可靠性非常高，输出电能频率不受输入电压高低变动影响，运行过程不存在电网“低压穿越”问题，输出电能杂谐波极少，不会对电网产生谐波干扰，这种新型风电变流器通用互配性非常好，不存在风电机与变流器之间“一对一配对”的问题。本新型风电变流器三相电能输出极其稳定，不会产生相位之间偏移情况，本技术一旦投入生产，现有市面该同类变流器产品估计很快就会被全面淘汰。项目优势：本项目是一种绿色产业，每年有20亿元的市场需求，现有市面同类变流器产品与本技术相比没有任何竞争力。本技术生产过程不会产生环境污染，不会产生员工职业病危害，生产过程无毒、无害、无味、无粉尘，无产业废弃物，无需工业用水，本技术属世界首创，是一种经济效益极高，无市场恶性竞争( 发明专利申请号:201110357888.0 )，可向全世界推广销售的好项目。本项目符合国家创新产业政策，符合世界低碳理念要求，本项目投入生产后，将对人类大辐减少对石油、煤炭的依赖性需求作出重大贡献。技术特点：1、本新型风电变流器输出电能频率非常稳定，输出电能频率不受输入电压高低影响。2、本变流器运行过程不受电网“低压穿越”影响。3、生产成本非常低，故障极少，可靠性非常高。4、输出电能杂谐波极少，不会对电网产生谐波干扰。5、三相输出电能相位准确稳定可靠不位移。6、输出电能负载变动输出波形不失真。7、本技术可用作生产专用三相变流器，也可用作生产通用单相正弦波逆变器。技术指标：1、本技术风电变流器允许输入电压范围：12 - 1500 V （DC）2、单台可制造功率范围：200W - 10 MW3、运行过程频率变动：≤　±0.1 Hz4、三相输出相位偏移：不会偏移5、受电网“低压穿越”影响：不受影响6、通用互换性：可通用互换7、持续工作时间：可长期不间断工作8、输出电能频率与波形：正弦波 50/60 Hz （AC）9、故障概率：故障极少，可无人值守，只需定期例行检查10、工作环境温度要求：非露天环境下自然界温度均适用11、环境要求：本新型风电变流器工作环境要求不被雨淋水泡，不含腐蚀性化学气体。成果目前应用情况：目前仅有原理小样机操作视频可供浏览评估，本技术尚未正式投入生产，亦未有过应用实例记录。创新性：世界首创、原创，全世界目前均无相同变频原理之产品。技术出售方式：本发明专利知识产权只作多家授权许可使用，不作独家授权或知识产权整体出售。

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中间显示不出来的第一个图是专利获取文件，第二个是视频演示。