ИНВЕРТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР
INVERTER GENERATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к инверторному генератору, в особенности, к инверторному генератору для выдачи, по выбору, трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока.
Уровень техники
Широко известная традиционная технология создания инверторного генератора, приспособленного для выдачи, по выбору, трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока, представлена, например, в японской выложенной патентной заявке №2010-206904. Инверторный генератор, раскрытый в этой ссылке, включает три комплекта (три) однофазных инверторных генераторов, соединенных параллельно для выдачи, по выбору, трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока.
Раскрытие изобретения
В вышеупомянутом инверторном генераторе согласно указанной заявке '904 одна инверторная управляющая цепь управляет инверторными возбудителями трех комплектов однофазных инверторных генераторов для выдачи, по выбору, трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока.
В генераторах этого типа требуется синхронизировать выходы трех комплектов инверторных генераторов так, чтобы они генерировали синфазные выходные сигналы одного напряжения в однофазном режиме или сигналы одного напряжения разных фаз, каждая из которых сдвинута на 120 градусов относительно других, в трехфазном режиме. Однако синхронизировать выходы трех комплектов инверторных генераторов трудно. Кроме того, поскольку в заявке «904» не объяснено явно, как синхронизировать выходы генератора, трудно, основываясь на этом объяснении, надежно обеспечить выход трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока требуемого напряжения в требуемой фазе, то есть не представляется возможным гибко использовать выход генератора.
Поэтому задача изобретения заключается в том, чтобы преодолеть вышеуказанную проблему, предложив инверторный генератор, способный выборочно и надежно выдавать трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Для решения вышеуказанной задачи предложен инверторный генератор, содержащий инвертор, который преобразует выходной сигнал переменного тока первой, второй и третьей обмоток, намотанных вокруг генератора переменного тока с приводом от двигателя, и включающий первый, второй и третий инверторы, соединенные, каждый, с первой, второй и третьей обмотками соответственно и содержащие, каждый, переключающие элементы для преобразования постоянного и переменного тока, причем первый, второй и третий инверторы преобразуют переменный ток, который выдают первая, вторая и третья обмотки, в постоянный ток, когда переключающий элемент для преобразования постоянного тока переключается на ВКЛ/ВЫКЛ, и преобразуют преобразованный постоянный ток в переменный ток требуемой частоты, когда переключающий элемент для преобразования переменного тока переключается на ВКЛ/ВЫКЛ, исходя из ШИМ-сигнала, генерируемого в соответствии с формой опорной синусоидальной волны требуемого выходного напряжения и несущей; первый, второй и третий контроллеры, выполненные с возможностью управления включением и выключением переключающих элементов первого, второго и третьего инверторов и соединенные для связи друг с другом, причем первый контроллер управляет первым инвертором как главным инвертором, а второй и третий контроллеры управляют вторым и третьим инверторами как подчиненными инверторами; трехфазный выход, соединенный с группами клемм, которые соединены с первым, вторым и третьим инверторами для выдачи преобразованного переменного тока в виде выходных токов U-, V- и W-фаз, и последовательно соединенный с нейтральной клеммой групп клемм; однофазный выход, параллельно соединенный с группами клемм и последовательно соединенный с нейтральной клеммой; переключающий механизм, выполненный с возможностью переключения трехфазного выхода и однофазного выхода; трехфазный/однофазный селекторный переключатель для переключения пользователем; и контроллер двигателя, выполненный с возможностью управления работой двигателя и переключающего механизма для выдачи трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока - по сигналу селекторного переключателя, причем первый, второй и третий контроллеры управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов был трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток, делая выходной сигнал первого инвертора опорным в ответ на сигнал селекторного переключателя, посланный через контроллер двигателя.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и иные задачи и преимущества настоящего изобретения станут яснее из нижеследующего описания и чертежей, на которых:
ФИГ.1 представляет общую блок-схему инверторного генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.2 - вид сверху картера двигателя инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.3 - подробная схема конструкции инвертирующей части инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.4 - иллюстрация, объясняющая работу инвертирующей части инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.5 - подробная схема конструкции фильтрующей части инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.6 - подробная схема, аналогичная ФИГ.5, но представляющая другую конструкцию фильтрующей части инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.7 представляет блок-схему процесса работы блока управления двигателем инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.8 - иллюстрация процесса работы блока управления двигателем инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.9 представляет выделенную блок-схему процесса работы контроллера инвертирующей части инверторного генератора, показанного на ФИГ.1;
ФИГ.10 - временная диаграмма, объясняющая опорный сигнал и синхронизирующие сигналы, используемые в конструкции, показанной на ФИГ.9;
ФИГ.11 - временная диаграмма, показывающая формы волн, когда выход переключен с трехфазного выхода на однофазный выход при работе в соответствии с показанной на ФИГ.7 блок-схемой;
ФИГ.12 - временная диаграмма, показывающая формы волн, когда выход переключен с однофазного выхода на трехфазный выход при работе в соответствии с показанной на ФИГ.7 блок-схемой;
ФИГ.13 представляет общую блок-схему инверторного генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.14 представляет блок-схему, объясняющую работу инверторного генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.15 представляет общую блок-схему инверторного генератора в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения;
ФИГ.16 - иллюстрация, представляющая параметры генерируемого напряжения в зависимости от частоты инверторного генератора, показанного на ФИГ.15, или аналогичного; и
ФИГ.17 - временная диаграмма, показывающая изменение частоты при увеличении напряжения (амплитуды) инверторного генератора, показанного на ФИГ.15.
Осуществление изобретения
Инверторный генератор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения будет теперь объяснен со ссылкой на прилагаемые чертежи.
ФИГ.1 представляет общую блок-схему инверторного генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ.1 позицией 10 обозначен инверторный генератор. Генератор 10 содержит двигатель (двигатель внутреннего сгорания)) 12 и имеет номинальную выходную мощность около 5 кВт (АС - переменный ток 100В, 50А). Двигатель 12 - это бензиновый двигатель со свечным зажиганием и воздушным охлаждением.
Дроссель 12b и воздушная заслонка 12с установлены в трубе воздухозаборника 12а двигателя 12. Дроссель 12b соединен с приводом (представляющим собой шаговый двигатель) 12а дросселя, и воздушная заслонка 12с соединена с приводом (также представляющим собой шаговый двигатель) 12е заслонки.
Двигатель 12 оснащен аккумулятором 14, номинальное напряжение которого около 12В. Получив напряжение от аккумулятора 14, привод 12а дросселя и привод 12е воздушной заслонки производят открытие и закрытие соответственно дросселя 12b и воздушной заслонки 12с. Двигатель 12 содержит узел 16 (обозначен "ALT") генератора переменного тока.
ФИГ.2 - это вид сверху картера 12f двигателя 12, показанного на ФИГ.1, в котором имеется узел 16 генератора переменного тока.
Как показано на ФИГ.2, узел 16 генератора переменного тока включает статор 16а, смонтированный на картере 12f двигателя 12, и ротор 16b, смонтированный с возможностью вращения вокруг статора 16а и также работающий как маховик двигателя 12.
Статор 16а включает тридцать зубцов. Двадцать семь из них несут трехфазные выходные обмотки (главные обмотки) 18, включающие три набора обмоток U, V и W-фаз, а оставшиеся три зубца несут еще одну трехфазную выходную обмотку (вспомогательную обмотку) 20, включающую один набор обмоток U, V и W-фаз. Главные обмотки 18 включают обмотки 18а, 18b и 18с.
Изнутри ротора 16b, смонтированного снаружи статора 16а, напротив выходных обмоток 18, 20 вделано или прикреплено несколько пар радиально ориентированных постоянных магнитов 16b, с чередованием полярности их полюсов. Когда постоянные магниты 16b1 ротора 16b вращаются вокруг статора 16а, в узле 16 генератора переменного тока трехфазные выходные обмотки 18 (конкретнее, 18а, 18b, 18с) выдают (генерируют) напряжения U, V и W-фаз переменного тока и вспомогательная обмотка 20 также выдает напряжения каждой из фаз переменного тока.
Дадим краткое объяснение ФИГ.1. Генератор 10 согласно этому варианту осуществления содержит, в дополнение к узлу 16 (ALT) генератора переменного тока, на который намотаны выходные обмотки 18, инвертирующую часть (обозначена "INV") 22, фильтрующую часть (обозначена "FILTER") 24, выходной каскад (обозначен "OUT") 26, блок (обозначен "ECU") 28 управления двигателем и узел (обозначен "CONTROL PANEL") 30 панели управления двигателем. ECU (электронный блок управления) выполняет функцию узла электронного управления и содержит ЦП (CPU: central процессing unit - центральный процессор, ЦП), как объяснено ниже.
Как показано, характерная особенность генератора 10 согласно этому варианту осуществления состоит в том, что три комплекта (три) однофазных инверторных генераторов (инверторов) соединяются параллельно, чтобы они могли выборочно и надежно выдавать трехфазный переменный ток требуемого напряжения и требуемой фазы или однофазный переменный ток требуемого напряжения.
Конкретно, генератор 10 включает три комплекта обмоток 18, именно первую, вторую и третью обмотки 18а, 18b, 18с, инвертирующую часть 22, включающую три комплекта инверторов, именно первый, второй и третий инверторы (инверторные генераторы) 22а, 22b, 22с, фильтрующую часть 24, включающую три комплекта фильтров, именно первый, второй и третий фильтры 24а, 24b, 24с, выходной каскад 26, включающий трехфазный выход 26е и однофазный выход 26f, блок 28 управления двигателем, который управляет работой двигателя 12, и узел 30 панели управления.
Инвертирующая часть 22 и другие узлы снабжены, например, полупроводниковыми микросхемами, установленными на печатную плату в кожухе, размещаемом в удобном месте двигателя 12. Узел 30 панели управления также снабжен полупроводниковыми микросхемами, аналогичным образом размещенными в удобном месте двигателя 12, и соединен с двигателем.
Выходные обмотки 18, инвертирующая часть 22, фильтрующая часть 24 и выходной каскад 26 - каждый узел включает три комплекта, обозначенные буквами a, b и с, и эти комплекты выполнены, каждый, для соединения с обозначенными той же буквой соответственными комплектами других узлов.
Каждый - первый, второй и третий - из инверторов 22а, 22b, 22с, составляющих инвертирующую часть 22, включает однофазный двухпроводной инвертор, содержащий силовые модули 22а1, 22b1, 22с1, выполненные на интегральных схемах, состоящих из полевых транзисторов и тиристоров SCR (SCR: silicon-controlled rectifier - однооперационный триодный тиристор), 32-битовые ЦП 22а2 (первый контроллер), 22b2 (второй контроллер), 22с2 (третий контроллер) и различные датчики, включая датчик напряжения/тока (не показан) для замера напряжения и тока силового выхода. Каждый ЦП 22а2, 22b2, 22с2 соединяется коммуникационным каналом 22d с каждым из остальных для обеспечения связи между ними.
b
с
ФИГ.3 - это схема, подробно показывающая конструкцию инвертирующей части 22. Хотя нижеследующее объяснение будет дано для комплекта а, это объяснение можно также применить к комплектам  и , поскольку их конструкции принципиально не отличаются друг от друга.
Как показано на ФИГ.3, силовой модуль 22а1 включает гибридную мостовую цепь 22а11, в которой три тиристора SCR (тиристоры используются как переключающие элементы для преобразования постоянного тока) и три DI (диода) соединены мостом, и Н-мостовую цепь 22а12, в которой четыре полевых транзистора соединены мостом.
Трехфазное напряжение переменного тока, которое выдает (генерирует) по U-фазе обмотка 18а выходных обмоток 18, намотанных вокруг узла 16 генератора переменного тока, подается на соединенный с обмоткой первый инвертор 22а, а затем подается в среднюю точку между SCR и DI в гибридной мостовой цепи 22а11 силового модуля 22а1.
Затвор тиристора SCR в гибридной мостовой цепи 22а11 соединен с аккумулятором 14 через задающий контур (не показан). ЦП 22а2 управляет подачей тока (ВКЛ; проводящее состояние) или прекращением подачи тока (ВЫКЛ; непроводящее состояние) на затвор тиристора SCR от аккумулятора 14 через задающий контур.
Конкретно, по сигналам датчиков, например датчика напряжения/тока 22а3, ЦП 22а2 переключает на ВКЛ (в проводящее состояние) затвор тиристора SCR при угле включения (угле проводящего состояния), соответствующем требуемому выходному напряжению, так что переменный ток, подаваемый на силовой модуль 22а1 с выходной обмотки 18а, преобразуется в постоянный ток требуемого выходного напряжения.
Постоянный ток, который выдает гибридная мостовая цепь 22а11, подается на Н-мостовую цепь 22а12 полевых транзисторов, в которой полевые транзисторы соединены с аккумулятором 14. ЦП 22а2 управляет подачей тока (ВКЛ; проводящее состояние) на полевые транзисторы или прекращением подачи тока (ВЫКЛ; непроводящее состояние); при этом входной постоянный ток преобразуется в переменный ток требуемой частоты (например, частоты коммунальных сетей 50 Гц или 60 Гц).
ФИГ.4 - это иллюстрация, объясняющая работу Н-мостовой цепи 22а12.
Как показано, ЦП 22а2 генерирует опорную синусоидальную волну (сигнальную волну; показана верхней сплошной волнистой линией) заранее заданной частоты (т.е. 50 Гц или 60 Гц - частоты коммунальных сетей) и требуемого выходного напряжения (в форме волны), сравнивает генерируемую опорную синусоидальную волну с несущей (например, с несущей 20КГц), используя компаратор (не показан) с целью выработки ШИМ-сигнала (Pulse Width Modulation, PWM - широтно-импульсная модуляция, ШИМ), и переключает на ВКЛ/ВЫКЛ полевые транзисторы в Н-мостовой цепи 22а12 в соответствии с выработанным ШИМ-сигналом.
Пунктирная волна, изображенная ниже на ФИГ. 4, показывает требуемое выходное напряжение (в форме волны). Следует отметить, что период Т (шаг) ШИМ-сигнала (ШИМ-формы волны) в действительности намного короче, чем показано, но на ФИГ. 4 период увеличен для облегчения понимания.
Вновь вернемся к объяснению ФИГ. 1; инвертирующая часть 22 соединена с фильтрующей частью 24.
Фильтрующая часть 24 включает LC-фильтры (фильтры нижних частот) 24а1, 24b1, 24с1, которые подавляют высокие гармоники, и противопомеховые фильтры 24а2, 24b2, 24с2, которые подавляют помехи. Выходной сигнал переменного тока, преобразованный в инвертирующей части 24, подается на LC-фильтры 24а1, 24b1, 24с1 и противопомеховые фильтры 24а2, 24b2, 24с2, чтобы подавить высокие гармоники и помехи.
ФИГ. 5 показывает схему LC-фильтра 24а1, а ФИГ.6 показывает схему противопомехового фильтра 24а2. Хотя это и не показано, схемы LC-фильтров 24b1, 24с1 и противопомеховых фильтров 24b2, 24c2 такие же.
На ФИГ.1 инвертирующая часть 22 соединена с выходным каскадом 26 через фильтрующую часть 24.
Как показано на ФИГ.1, выходной каскад 26 включает трехфазный (четырехпроводной) выход 26е и однофазный (двухпроводной) выход 26f. Трехфазный выход 26е соединен с группами клемм 26а, 26b, 26с, которые, в свою очередь, соединены с первым, вторым и третьим инверторами 22а, 22b, 22с соответственно и выходами по переменному току фаз U, V, W соответственно, и последовательно соединен с нейтральной клеммой (нейтралью) 26d групп клемм. Однофазный выход 26f параллельно соединен с группами клемм и последовательно с нейтральной клеммой 26d.
Конкретнее, трехфазный (четырехпроводной) выход 26е последовательно соединен соответственно с выводом U-фазы 26а1, который соединен с первым инвертором 22а и выдает переменный ток U-фазы, с выводом V-фазы 26b1, который соединен со вторым инвертором 22b и выдает переменный ток V-фазы, с выводом W-фазы 26d, который соединен с третьим инвертором 22с и выдает переменный TOKW-фазы, и с нейтральной клеммой О-фазы 26d.
Далее, выходной каскад 26 имеет однофазный (двухпроводной) выход 26f, который включен параллельно с выходом U-фазы 26а1, с выходом V-фазы 26b1 и с выходом W-фазы 26d, и включен последовательно с выводом О-фазы 26d, а также содержит переключающий механизм 26g, который переключает трехфазный выход 26е и однофазный выход 26f.
Трехфазный выход 26е и однофазный выход 26f соединены с электрической нагрузкой 32 через разъем (не показан) и т.д.
Блок 28 управления двигателем содержит 32-битовый ЦП 28с и управляет работой двигателя 12. Блок 28 управления двигателем соединен с ЦП 22а2, 22b2, 22с2 (первым, вторым и третьим контроллерами) инверторов 22а, 22b, 22с через шину CAN (сети зон управления) BUS 28а и интерфейс CAN I/F 28b, чтобы блок имел связь с ЦП 22а2, 22b2, 22с2. Выход с вышеупомянутой выходной обмотки (вспомогательной обмотки) 20 подается на ЦП 22а2, 22b2, 22с2, 28с в качестве их рабочего напряжения.
Блок 28 управления двигателем содержит возбудитель (обозначен STG DRV) 28d пускового генератора, который делает выходную обмотку 18с не только генератором, но и прибором запуска (стартером) двигателя 12. Конкретно, в этом варианте осуществления одна из выходных обмоток 18а, 18b, 18с (например, выходная обмотка 18с) выполнена для работы в качестве стартера двигателя с помощью возбудителя 28d пускового генератора, другими словами, узел 16 генератора переменного тока выполнен для работы в качестве первичного двигателя.
Возбудитель 28d пускового генератора содержит преобразователь 28d1 постоянного тока. Как описано ниже, преобразователь 28d1 постоянного тока усиливает выход (повышает напряжение) аккумулятора 14 примерно до 200В и подает это усиленное выходное напряжение аккумулятора на выходную обмотку 18с в ответ на команду с ЦП 28с, чтобы ротор 16b узла 16 генератора переменного тока раскручивался относительно статора 16а для запуска двигателя 12.
Блок 28 управления двигателем, далее, содержит схему (не показана) TDC (Top Dead Center - верхних мертвых точек) для измерения импульсов, которые выдает импульсный генератор (не показан), содержащий магнитный датчик, установленный вблизи статора 16а или ротора 16b, и схему 28е определения скорости двигателя, которая соединена с выходом U-фазы выходной обмотки 18с для определения скорости двигателя по выходному сигналу обмотки.
Блок 28 управления двигателем, далее, включает интерфейсы (I/F) связи (СОМ) I/F 28f, датчика (SENSOR) I/F 28g, дисплея (DISP) I/F 28h, переключателя (SW) I/F 28i, а также возбудитель 28J привода 12d дросселя, возбудитель 28k привода 12е воздушной заслонки и возбудитель 28I зажигания, управляющий прибором зажигания (не показан).
Вышеупомянутый 32-битовый ЦП 28с определяет открытие дросселя 12b таким образом, что скорость двигателя выводится на требуемое значение, рассчитанное в соответствии с требуемым выходным переменным током, который должен быть подан на электрическую нагрузку 32, и подает ток (питание) на привод 12d дросселя через возбудитель 28j для управления работой привода.
Узел 30 панели управления содержит дистанционный интерфейс (REMOTE) I/F 30а, который беспроводной связью (или с помощью проводов) соединен с блоком дистанционного управления (не показан), выполненным отдельно от двигателя 12 и приспособленным для переноски пользователем, светодиод (LED) 30b, жидкокристаллический дисплей (LCD) 30с, переключатель KEY (главный переключатель) 30d, приспособленный для переключения пользователем и посылки команд на включение (пуск) и останов генератора 10, и трехфазный/однофазный селекторный переключатель 30е, приспособленный для посылки команд на переключение выхода генератора 10с трехфазного переменного тока на однофазный и обратно.
Узел 30 панели управления и блок 28 управления двигателем соединяются беспроводной связью (или с помощью проводов) для установления коммуникации между ними. Выходы переключателя KEY 30d и селекторного переключателя 30е узла 30 панели управления подаются на блок 28 управления двигателем через переключения интерфейса 28i, и блок 28 управления двигателем управляет сбросом индикатора 30b и дисплея 30с узла 30 панели управления через интерфейс 28h дисплея.
ФИГ.7 представляет блок-схему, объясняющую работу блока 28 управления двигателем. Показанная программа выполняется, когда переключатель KEY 30d переведен на ВКЛ пользователем.
Программа начинается шагом (шагом, блоком программы) S10, на котором запускается двигатель 12. Конкретно, блок 28 управления двигателем управляет преобразователем 28d1 постоянного тока возбудителя 28d пускового генератора так, чтобы усилить выход аккумулятора 14, и подает это усиленное выходное напряжение аккумулятора на выходную обмотку 18с для запуска двигателя 12.
После запуска двигателя 12 программа далее переходит к шагу S12, на котором осуществляется распознавание положения селекторного переключателя 30е. Если распознавание показывает, что выбран трехфазный выход (трехфазный переменный ток), то есть произведено переключение на трехфазный выход, программа переходит к шагу S14, на котором блок 28 управления двигателем связывается с ЦП 22а2, 22b2, 22с2 трех однофазных инверторов 22а, 22b, 22с инвертирующей части 22 и управляет переключающим механизмом 26g выходного каскада 26, чтобы с трехфазного выхода 26е (соединяемого с нагрузкой 32) выдавался трехфазный переменный ток.
С другой стороны, если распознавание показывает, что выбран однофазный выход (однофазный переменный ток), то есть произведено переключение на однофазный выход, программа переходит к шагу S16, на котором блок 28 управления двигателем аналогично связывается с ЦП 22а2, 22b2, 22с2 трех однофазных инверторов 22а, 22b, 22с инвертирующей части 22 и управляет переключающим механизмом 26g выходного каскада 26, чтобы выдавался однофазный переменный ток с однофазного выхода 26f.
Программа затем переходит к шагу S18, на котором блок 28 управления двигателем связывается с ЦП 22а2, 22b2, 22с2 трех однофазных инверторов 22а, 22b, 22с, чтобы выдавался выбранный однофазный или трехфазный переменный ток, то есть для непрерывной генерации электроэнергии.
Программа затем переходит к шагу S20, на котором определяется, находится ли переключатель KEY 30d в положение ВЫКЛ, т.е. определяется, остановлен ли пользователем двигатель 12. Если результат шага S20 отрицательный, программа возвращается к шагу S18, если же результат на шаге S20 утвердительный, программа переходит к шагу S22, прерывая зажигание, чтобы принудительно остановить двигатель 12.
ФИГ.8 это иллюстрация, объясняющая процесс работы, показанный на ФИГ.7.
Как описано выше, генератор 10 в этом варианте осуществления должен выборочно и надежно выдавать трехфазный переменный ток и однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе, поэтому инвертирующая часть 22 включает три комплекта однофазных инверторов (первый, второй и третий инверторы) 22а, 22b, 22с, и ЦП 28с блока 28 управления двигателем выполнен для управления переключающим механизмом 26д выходного каскада 26, чтобы переключать трехфазный выход и однофазный выход по сигналу селекторного переключателя 30е.
В инвертирующей части 22 один из однофазных инверторов 22а, 22b, 22с, например инвертор 22а, назначается главным инвертором, а другие - подчиненными инверторами. Когда генератор 10 должен выдавать трехфазный переменный ток и связываться с ЦП 28с блока 28 управления двигателем, как показано на ФИГ.8, ЦП 22а2, 22b2, 22с2 трех комплектов однофазных инверторов 22а, 22b, 22с управляют работой инвертирующей части 22, делая выходную фазу по U-фазе выхода 26а главного инвертора 22а опорной так, что выходные фазы по V-фазе выхода 26b и по W-фазе выхода 26с подчиненных инверторов 22b, 22с сдвинуты, или отстают, от фазы по U-фазе выхода 26а на 120 градусов.
С другой стороны, когда генератор должен выдавать однофазный переменный ток и связываться с ЦП 28с, ЦП 22а2, 22b2, 22с2 управляют работой инвертирующей части 22, синхронизируя фазы выходов по V-фазе с клеммы 26b и по W-фазе с клеммы 26с подчиненных инверторов 22b, 22с и делая выход по Li-фазе с клеммы 26а главного инвертора 22а опорным так, что с однофазного выхода 26f выдается однофазный переменный ток.
ФИГ.9 представляет блок-схему процесса работы ЦП 22а2, 22b2, 22с2, конкретно, обеспечение автономного управления генератора, а ФИГ.10 - это временная диаграмма, объясняющая опорный сигнал и синхронизирующие сигналы, используемые в процессе, изображенном на ФИГ.9.
Как показано, ЦП 22а2 первого (главного) инвертора 22а содержит генератор 22а21 опорного сигнала, который генерирует опорный сигнал (показан на ФИГ.10) заранее заданной частоты, контроллер 22а22 ШИМ-сигнала, который управляет процессом ШИМ по ШИМ-сигналам, представленным на ФИГ.4, контроллер 22а23 синхронизирующих сигналов, который генерирует синхронизирующие сигналы 1, 2 (с заранее заданным сдвигом фаз от опорного сигнала, показанного на ФИГ.10), используемые для синхронизации фаз выходов подчиненных инверторов 22b, 22с с фазой выхода главного инвертора 22а, и подает их на ЦП 22b2, 22с2, и контроллер 22а24 связи, который управляет передачей и приемом (обменом), генерируемых синхронизирующих сигналов по коммуникационному каналу 22d.
Второй и третий подчиненные инверторы 22b, 22с также содержат, - исключая генератор опорного сигнала, - контроллеры 22b22, 22с22 ШИМ-сигнала, контроллеры 22b23, 22с23 синхронизирующих сигналов и контроллеры 22b24, 22с24 связи, которые, в принципе, не отличаются от соответствующих контроллеров главного инвертора 22а.
ЦП 22а2 первого (главного) инвертора 22а, конкретнее, его контроллер 22а23 синхронизирующих сигналов, генерирует синхронизирующие сигналы 1, 2, сдвинутые на 120 градусов от опорного сигнала (другими словами, сигналы, отличающиеся заранее заданной разностью фаз от опорного сигнала), и подает их на ЦП 22b2, 22с2, если через селекторный переключатель 30е подается (соответствующим переключением) команда выдавать трехфазный переменный ток. То же самое произойдет, если частота опорного сигнала окажется равной заранее заданной частоте (ФИГ.10А) или ниже заранее заданной частоты (ФИГ.10В).
Далее, ЦП 22а2 первого (главного) инвертора 22а связывается с ЦП 22b2, 22 с2 и управляет работой инвертирующей части 22, синхронизируя выходы V-фазы и W-фазы с выходных клемм 26b, 26с с выходом U-фазы с выходной клеммы 26а, когда должен выдаваться однофазный переменный ток, и связывается с ЦП 28с так, что с однофазного выхода 26f выдается однофазный переменный ток.
Конкретно, ЦП 22а2 генерирует опорный сигнал заранее заданной частоты и синхронизирующие сигналы, отличающиеся заранее заданной разностью фаз от опорного сигнала (т.е. синфазные), посылает эти сигналы в ЦП 22b2, 22с2 и управляет работой инвертирующей части 22, синхронизируя выходы V-фазы и W-фазы с выходных клемм 26b, 26с с выходом (опорным) U-фазы с выходной клеммы 26а так, что с однофазного выхода 26f выдается однофазный переменный ток.
Фиг.11 - это временная диаграмма, показывающая формы волн в случае, когда выход переключен с трехфазного выхода на однофазный выход, а ФИГ.12 - это временная диаграмма, показывающая формы волн в случае обратного переключения. Как показано, генератор 10 выдает, по выбору, трехфазный или однофазный выходной сигнал требуемого напряжения в ответ на переключение пользователем селекторного переключателя 30е узла 30 панели управления.
Как описано выше, первый вариант осуществления включает инверторный генератор (10), приспособленный генерировать выходной сигнал переменного тока с первой, второй и третьей обмоток (18а, 18b, 18с), намотанных вокруг генератора переменного тока (узла генератора переменного тока) (16) с приводом от двигателя (12), и включающий первый, второй и третий инверторы (22а, 22b, 22с), соединенные, каждый, с первой, второй и третьей обмотками (выходными обмотками 18а, 18b, 18с) соответственно и содержащие, каждый, переключающие элементы (тиристор SCR в гибридной мостовой цепи 22а11 и полевой транзистор в Н-мостовой цепи 22а12) для преобразования постоянного и переменного тока, причем эти первый, второй и третий инверторы преобразуют переменный ток, который выдают первая, вторая и третья обмотки, в постоянный ток, когда переключается на ВКЛ/ВЫКЛ переключающий элемент для преобразования постоянного тока, и преобразуют преобразованный постоянный ток в переменный ток требуемой частоты, когда переключающий элемент для преобразования переменного тока переключается на ВКЛ/ВЫКЛ, исходя из ШИМ-сигнала, генерируемого в соответствии с формой опорной синусоидальной волны требуемого выходного напряжения и несущей; первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), приспособленные для управления включением и выключением переключающих элементов первого, второго и третьего инверторов и соединенные для связи с каждым из остальных, причем первый контроллер управляет первым инвертором как главным инвертором, а второй и третий контроллеры управляют вторым и третьим инверторами как подчиненными инверторами; трехфазный выход (26е), соединенный с группами клемм 26а, 26b, 26с, которые соединены с первым, вторым и третьим инверторами (22а, 22b, 22с) для выдачи преобразованного переменного тока в виде выходных токов U-, V- и W-фаз, и последовательно соединенный с нейтральной клеммой (26d) групп клемм; однофазный выход (26f), параллельно соединенный с группами клемм и последовательно соединенный с нейтральной клеммой; переключающий механизм (26g), приспособленный для того, чтобы переключать трехфазный выход 26е и однофазный выход 26f; трехфазный/однофазный селекторный переключатель (30е), приспособленный для переключения пользователем; и контроллер (28) двигателя, приспособленный управлять работой двигателя (12) и управлять переключающим механизмом (26g) для выдачи трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока - по сигналу селекторного переключателя (30е); причем первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов был трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток, делая выходной сигнал первого инвертора (22а) опорным - по сигналу селекторного переключателя (30е), посланному через контроллер двигателя.
Благодаря этому становится возможным выборочно и надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемого напряжения по сигналу селекторного переключателя 30е, приспособленного для переключения пользователем, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Конкретно, данный вариант осуществления выполнен так, что первый инвертор 22а назначается главным инвертором, а второй и третий инверторы - подчиненными инверторами; далее, первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) приспособлены для управления включением и выключением переключающих элементов первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с с целью выдачи трехфазного или однофазного переменного тока на выходе первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, делая выходной сигнал первого инвертора 22а опорным - по сигналу селекторного переключателя 30е, посланному через блок 28 управления двигателем. Это позволяет легко синхронизировать выходы трех инверторов (генераторов) 22, т.е. это позволяет надежно выдавать идентичные напряжения в идентичных фазах для однофазного выхода и идентичные напряжения в фазах, сдвинутых, или отстающих, на 120 градусов друг от друга. В результате становится возможным надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемого напряжения и в требуемой фазе.
Далее, данный вариант осуществления выполнен так, что вывод U-фазы 26а, вывод V-фазы 26b и вывод W-фазы 26с (которые образуют трехфазный выход 26е) соединяются с однофазным выходом 26f. Благодаря этому становится возможным легко выдавать либо трехфазный переменный ток, либо однофазный переменный ток - по сигналу селекторного переключателя 30е, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Далее, в дополнение к первому, второму и третьему контроллерам (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют работой первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, данный вариант осуществления выполнен так, что содержит отдельный блок 28 управления двигателем (конкретнее, ЦП 28с), который управляет работой двигателя 12. Благодаря этому появляется возможность управления работой двигателя 12 отдельно от работы инверторного генератора 10, позволяя тем самым повысить удобство использования генератора 10 в качестве электромашинного генератора.
Далее, этот вариант осуществления включает блок 28 управления двигателем (конкретнее, ЦП 28с), добавленный отдельно от первого, второго и третьего контроллеров (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют первым, вторым и третьим инверторами 22а, 22b, 22с.
Инверторный генератор, далее, содержит: фильтр (фильтрующую часть) (24), расположенный между выводом U-фазы (26а) и первым инвертором (22а), выводом V-фазы (26b) и вторым инвертором (22b), и выводом W-фазы (26с) и третьим инвертором (22с). Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным подавить помехи на однофазном выходе в фильтре (фильтрующей части) 24, обеспечивая тем самым возможность подавать на нагрузку 32 сглаженные формы выходных волн трехфазного или однофазного переменного тока.
Конкретно, данный вариант осуществления выполнен не так, чтобы он выдавал трехфазный переменный ток непосредственно с инвертора 22 и содержал фильтр для подавления помех перед самым выходом (выходным каскадом) 26, но выполнен так, что для подавления помех содержит фильтр (фильтрующую часть) 24 между инвертором 22 и однофазным выводом, например выводом U-фазы 26а. Это позволяет подавать на нагрузку 32 сглаженные формы выходных волн трехфазного или однофазного переменного тока.
В инверторном генераторе 10 первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют элементами для выдачи в требуемой фазе выходных сигналов первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) по выходному сигналу первого инвертора (22а), если выходной сигнал первого инвертора сделан опорным при выдаче переменного тока. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным выдавать более сглаженные формы трехфазной или однофазной выходных волн и надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе.
В инверторном генераторе 10 блок (28) управления двигателем подает ток на одну из обмоток - первую, вторую или третью (выходные обмотки 18а, 18b, 18с), чтобы использовать узел (16) генератора переменного тока в качестве первичного двигателя при запуске двигателя (12). Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным легко запускать двигатель 12, не имея самозапускающегося двигателя для запуска двигателя 12.
В инверторном генераторе 10 генератор переменного тока 16 включает статор (16а), смонтированный на картере (12f) двигателя (12), и ротор (16b), смонтированный с возможностью вращения вокруг статора и работающий как маховик двигателя, а также первую, вторую и третью обмотки (выходные обмотки 18а, 18b, 18с), намотанные вокруг либо статора (16а), либо ротора (16с), с заранее заданным расстоянием между ними. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным минимизировать конструкцию электромашинного генератора.
Далее будет объяснен инверторный генератор в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
При объяснении второго варианта осуществления внимание будет сфокусировано на моментах отличия от первого варианта осуществления.
В этом типе инверторных генераторов номинальное выходное напряжение обычно устанавливается на фиксированное значение. Однако поскольку стандарты питающего напряжения в разных странах различны, например от 100В до 120В для однофазного переменного тока и от 200В до 240В для трехфазного переменного тока, часто возникает потребность модифицировать генератор, например изменить параметры выходных обмоток в соответствии с нормами страны, для которой генератор 10 предназначен. Кроме того, напряжения трехфазного и однофазного переменного тока могут иногда несколько отличаться друг от друга в некоторых странах, скажем, напряжение между фазами устанавливается на уровне 115В для трехфазного тока и на уровне 100В для однофазного.
Поэтому задача второго варианта осуществления заключается в том, чтобы решить вышеуказанные проблемы, предложив инверторный генератор, способный по выбору выдавать трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе и легко увеличивать/уменьшать выбранное выходное напряжение переменного тока.
ФИГ.13 представляет общую блок-схему инверторного генератора 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано на ФИГ.13, во втором варианте осуществления узел 30 панели управления инверторного генератора 10 снабжен переключателем 30f, приспособленным для переключения пользователем с целью указания затребованного пользователем уровня выходного сигнала генератора 10. Переключатель 30f может быть любым: переключателем аналогового уровня, цифровым селекторным переключателем или переключателем другого типа, если он позволяет пользователю выбрать и указать требуемое значение.
ФИГ.14 представляет блок-схему инвертирующей части 22, объясняющую работу блока 28 управления двигателем инверторного генератора 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано, во втором варианте осуществления аналогично первому варианту осуществления, ЦП 22а2, 22b2, 22с2 (первый, второй и третий контроллеры) выполнены так, чтобы управлять включением и выключением переключающих элементов, преобразующих переменный ток (полевых транзисторов в Н-мостовых цепях 22а12, 22b12, 22с12) для выдачи трехфазного или однофазного переменного тока с первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, делая выходной сигнал первого инвертора 22а опорным - по сигналу селекторного переключателя 30е, посланному через блок 28 управления двигателем, и чтобы управлять включением и выключением переключающих элементов (тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11) для преобразования постоянного тока в выходной переменный ток требуемого напряжения.
Конкретно, ЦП 22а2, 22b2, 22с2 выполнены так, чтобы включать затворы тиристоров SCR для преобразования постоянного тока в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11 при угле включения, соответствующем требуемому выходному напряжению, и чтобы преобразовывать переменный ток, поданный с выхода обмоток 18а, 18b, 18с, в постоянный ток требуемого выходного напряжения.
Это будет объяснено. Как указано выше, поскольку выходные напряжения однофазного и трехфазного выходов несколько отличаются, например, в некоторых странах напряжение между фазами устанавливается на уровне 115В (линейное напряжение 230В) для трехфазного тока и на уровне 100В для однофазного, второй вариант осуществления выполнен так, чтобы увеличивать/уменьшать постоянное напряжение, полученное преобразованием напряжения переменного тока, который выдают обмотки 18, таким образом, что выходное напряжение оказывается равным требуемому напряжению, заданному пользователем через переключатель 30f.
Благодаря этому пользователь может получить однофазное выходное напряжение 100В, а не 115В, т.е. однофазное напряжение, идентичное тому, которое можно получить от коммерческого источника энергоснабжения, и может подать его на электрическую нагрузку 32.
Далее, поскольку выходное напряжение может быть увеличено/уменьшено программным способом, нет необходимости изменять аппаратные параметры, например параметры обмоток в соответствии с нормами стран, для которых предназначен генератор 10.
Кроме того, поскольку выходное напряжение может быть увеличено/уменьшено посредством управления скоростями (углами) включения затворов тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11, другими словами, это может быть сделано без управления скоростями включения полевых транзисторов в Н-мостовых цепях 22а12, 22b2, 22с12, становится возможным предотвратить снижение эффективности работы преобразователей инвертирующей части 22.
Как указано выше, во втором варианте осуществления, в дополнение к конструкции, упомянутой в первом варианте осуществления, первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающего элемента (тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11) для преобразования постоянного тока, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов было требуемое напряжение. Благодаря этому становится возможным увеличивать и уменьшать выбранные выходные напряжения переменного тока программным способом, так что не требуется менять аппаратные параметры, например параметры обмоток, в соответствии с нормами страны, для которой предназначен генератор 10. Далее, хотя выходные напряжения для трехфазного и однофазного переменного тока по нормам отличаются, например, напряжение между фазами устанавливается на уровне 115В для трехфазного тока и на уровне 100В для однофазного, становится возможным соответствующим образом подрегулировать выходные напряжения, повышая тем самым удобство использования генератора 10.
Следует отметить, что прочие элементы исполнения и эффекты идентичны таковым для инвертора в соответствии с первым вариантом осуществления.
Далее будет объяснен инверторный генератор в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения.
ФИГ.15 представляет общую блок-схему инверторного генератора 10 в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения.
Объяснение третьего варианта осуществления будет сфокусировано на моментах отличия от первого и второго вариантов осуществления.
Трехфазный переменный ток является обычным источником энергии для оборудования, которое требует вращающего момента, например для насосов, больших вентиляторов и т.п. Однако поскольку в известном инверторном генераторе, упомянутом в заявке «904», частота выходного напряжения переменного тока фиксирована, невозможно гибко использовать выход генератора.
Поэтому задача третьего варианта осуществления заключается в том, чтобы преодолеть вышеуказанную проблему, предложив инверторный генератор, способный по выбору выдавать трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе и способный менять частоту выходного переменного тока так, как требуется.
Как показано на ФИГ.15, в третьем варианте осуществления вместо переключателя 30f предусмотрен узел 30 панели управления инверторного генератора 10, содержащий перекидной рубильник (SW2) 30g, который определяет частоту переключением между нормальным (фиксированным) напряжением/нормальной частотой и переменным напряжением/переменной частотой (WVF, variable voltage/variable frequency - переменное напряжение/переменная частота), перекидной рубильник (SW3) 30h, который определяет направление вращения переключением направления вращения между вращением по часовой стрелке (в порядке фаз U, V, W) и вращением против часовой стрелки (в порядке фаз U,W,V), настроечный переключатель напряжения/частоты 301, определяющий напряжение и частоту, которые должны быть установлены, и дисплей 30j, например сенсорный экран.
Каждый из этих переключателей 30g, 30h, 30i, 30j приспособлен для переключения пользователем и также может быть любым: переключателем аналогового уровня, цифровым селекторным переключателем или переключателем другого типа, если он позволяет пользователю выбрать и указать требуемое значение.
Как показано на ФИГ.15, в третьем варианте осуществления ЦП 22а2 генерирует опорный сигнал в соответствии с частотой, установленной настроечным переключателем напряжения/частоты 30i, и синхронизирующие сигналы, определяющие заранее заданный фазовый сдвиг (120 градусов) от опорного сигнала, и посылает синхронизирующие сигналы в ЦП 22b2, 22с2 для управления сигналами U-фазы и W-фазы, выдаваемыми с выходных клемм 26b, 26с, делая выход по U-фазе с клеммы 26а опорным так, что выдается, в зависимости от того, что требуется, однофазный переменный ток или трехфазный переменный ток.
Далее, по сигналу настроечного переключателя напряжения/частоты 30i, посланному через блок 28 управления двигателем, ЦП 22а, взаимодействуя с ЦП 22b2, 22с2 через канал связи, переключает на ВКЛ затворы тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b11, 22с11 при углах включения, соответствующих требуемому выходному напряжению, используя регулирование с обратной связью и т.п., чтобы преобразовать напряжение переменного тока, подаваемое с выходных обмоток 18а, 18b, 18с, в требуемое выходное напряжение постоянного тока так, что выдается трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток требуемого напряжения
Далее, в третьем варианте осуществления для поддержания постоянной выходной мощности выходное напряжение (его амплитуда) регулируется в соответствии с изменением частоты. Это будет объяснено.
ФИГ.16 - это иллюстрация, представляющая параметры генерируемого напряжения в зависимости от частоты, а ФИГ.17 это временная диаграмма, показывающая изменение частоты при увеличении напряжения (его амплитуды).
Как было указано во втором варианте осуществления, в ответ на установление частоты настроечным переключателем напряжения/частоты 30i, ЦП 22а2, ЦП 22b2, 22с2 (по команде ЦП 22а2) включают затворы тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11 при углах включения, соответствующих требуемому выходному напряжению, рассчитанному, исходя из параметров, представленных на ФИГ.16, чтобы преобразовать напряжение переменного тока, подаваемое с выхода обмоток 18а, 18b, 18с, в требуемое постоянное выходное напряжение. В результате становится возможным увеличить частоту с увеличением выходного напряжения.
Как описано выше, в дополнение к конструкции, упомянутой в первом варианте осуществления, третий вариант осуществления содержит инверторный генератор 10, далее включающий настроечный переключатель частоты (30i) и первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) был трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток с частотой, установленной настроечным переключателем частоты (30i) по сигналу селекторного переключателя 30е, соответствующему выходному сигналу первого инвертора (22а), когда выходной сигнал первого инвертора сделан опорным. Благодаря этому по сигналу селекторного переключателя 30е, приспособленного для переключения пользователем, становится возможным выборочно и надежно выдавать трехфазный переменный ток и однофазный переменный ток требуемого напряжения, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Далее, поскольку третий вариант осуществления выполнен для переключений ВКЛ/ВЫКЛ переключающих элементов, чтобы выдавать напряжение переменного тока с частотой, установленной настроечным переключателем частоты 30i, приспособленным для переключения пользователем, это позволяет адекватно регулировать частоту так, как указано (установлено) пользователем. Следовательно, когда генератор 10 используется как источник питания для оборудования, которое требует вращающего момента, например для насосов, больших вентиляторов и т.п., становится возможным увеличить или уменьшить скорость двигателя, чтобы снизить потребление энергии в целях гибкого использования выхода генератора.
Далее, в третьем варианте осуществления первый контроллер (ЦП 22а2) генерирует опорный сигнал, соответствующий частоте, установленной настроечным переключателем частоты (30i), и синхронизирующий сигнал, содержащий заранее заданные фазовые сдвиги от опорного сигнала, и посылает синхронизирующий сигнал второму и третьему контроллерам (ЦП 22b2, 22с2), чтобы первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляли включением и выключением переключающих элементов в соответствии с опорным сигналом и синхронизирующим сигналом для выдачи с первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока с частотой, установленной настроечным переключателем частоты. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным надежно регулировать частоту, как указано пользователем.
Далее, в третьем варианте осуществления первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) было напряжение, полученное подстройкой параметров, исходя из частоты, установленной настроечным переключателем частоты (30i). Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным дальнейшее повышение удобства работы, когда генератор 10 используется как источник питания для оборудования, которое требует вращающего момента.
Следует отметить, что прочие элементы исполнения и эффекты идентичны таковым для инвертора в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления.
Как сказано выше, первый, второй и третий варианты осуществления настоящего изобретения выполнены так, что содержат инверторный генератор 10, приспособленный генерировать выходной сигнал переменного тока с первой, второй и третьей обмоток (18а, 18b, 18с), намотанных вокруг генератора переменного тока (узла генератора переменного тока) (16), с приводом от двигателя (12), и включающий: первый, второй и третий инверторы (22а, 22b, 22с), соединенные, каждый, с первой, второй и третьей обмотками (выходными обмотками 18а, 18b, 18с) соответственно и содержащие, каждый, переключающие элементы (тиристор SCR в гибридной мостовой цепи 22а11 и полевой транзистор в Н-мостовой цепи 22а12) для преобразования постоянного и переменного тока, причем эти первый, второй и третий инверторы преобразуют переменный ток, который выдают первая, вторая и третья обмотки, в постоянный ток, когда переключается на ВКЛ/ВЫКЛ переключающий элемент для преобразования постоянного тока, и преобразуют преобразованный постоянный ток в переменный ток требуемой частоты, когда переключающий элемент для преобразования переменного тока переключается на ВКЛ/ВЫКЛ, исходя из ШИМ-сигнала, генерируемого в соответствии с формой опорной синусоидальной волны требуемого выходного напряжения и несущей;
первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), приспособленные для управления включением и выключением переключающих элементов первого, второго и третьего инверторов и соединенные для связи с каждым из остальных, причем первый контроллер управляет первым инвертором как главным инвертором, а второй и третий контроллеры управляют вторым и третьим инверторами как подчиненными инверторами; трехфазный выход (26е), соединенный с группами клемм (26а, 26b, 26с), которые соединены с первым, вторым и третьим инверторами (22а, 22b, 22с) для выдачи преобразованного переменного тока в виде выходных токов U-, V- и W-фаз, и последовательно соединенный с нейтральной клеммой (26d) групп клемм; однофазный выход (26f), параллельно соединенный с группами клемм и последовательно соединенный с нейтральной клеммой; переключающий механизм (26g), приспособленный для того, чтобы переключать трехфазный выход 26е и однофазный выход (26f); трехфазный/однофазный селекторный переключатель (30е), переключаемый пользователем; и контроллер (28) двигателя, приспособленный управлять работой двигателя (12) и переключающего механизма (26g) для выдачи трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока - по сигналу селекторного переключателя (30е); причем первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов был трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток, делая выходной сигнал первого инвертора 22а опорным - по сигналу селекторного переключателя (30е), посланному через контроллер двигателя.
Благодаря этому становится возможным выборочно и надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемого напряжения по сигналу селекторного переключателя 30е, приспособленного для переключения пользователем, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Конкретно, варианты осуществления выполнены так, что первый инвертор 22а назначается главным инвертором, а второй и третий инверторы - подчиненными инверторами; и первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) приспособлены для управления включением и выключением переключающих элементов первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с для выдачи трехфазного или однофазного переменного тока с первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, делая выходной сигнал первого инвертора 22а опорным - по сигналу селекторного переключателя 30е, посланному через блок 28 управления двигателем. Это позволяет легко синхронизировать выходы трех инверторов (генераторов) 22, т.е. это позволяет надежно выдавать идентичные напряжения в идентичных фазах для однофазного выхода и идентичные напряжения в фазах, сдвинутых, или отстающих, на 120 градусов друг от друга. В результате становится возможным надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемых напряжения и фазы.
Далее, варианты осуществления выполнены так, что вывод U-фазы 26а, вывод V-фазы 26b и вывод W-фазы 26с (которые образуют трехфазный выход 26е) соединяются с однофазным выходом 26f. Благодаря этому становится возможным легко выдавать либо трехфазный переменный ток, либо однофазный переменный ток - по сигналу селекторного переключателя 30е, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Далее, в дополнение к первому, второму и третьему контроллерам (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют работой первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, варианты осуществления выполнены так, что содержат отдельный блок 28 управления двигателем (конкретнее, ЦП 28с), который управляет работой двигателя 12. Благодаря этому появляется возможность управления работой двигателя 12 отдельно от работы инверторного генератора 10, обеспечивая тем самым возможность повысить удобство использования генератора 10 в качестве электромашинного генератора.
Далее, варианты осуществления выполнены так, что содержат блок 28 управления двигателем (конкретнее, ЦП 28с), добавленный отдельно от первого, второго и третьего контроллеров (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют первым, вторым и третьим инверторами 22а, 22b, 22с. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным подавить помехи на однофазном выходе в фильтре (фильтрующей части) 24, обеспечивая тем самым возможность подавать на нагрузку 32 сглаженные формы выходных волн трехфазного или однофазного переменного тока.
Конкретно, варианты осуществления выполнены не так, чтобы они выдавали трехфазный переменный ток непосредственно с инвертора 22 и содержали фильтр для подавления помех перед самым выходом (выходным каскадом) 26, но выполнены так, что содержат фильтр для подавления помех (фильтрующую часть) 24 между инвертором 22 и однофазным выводом, например выводом U-фазы 26а. Это позволяет подавать на нагрузку 32 сглаженные формы выходных волн трехфазного или однофазного переменного тока.
Далее, в первом, втором и третьем вариантах осуществления настоящего изобретения, первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют элементами для выдачи в требуемой фазе выходных сигналов первого, второго и третьего инверторов 22а, 22b, 22с, по выходному сигналу первого инвертора 22а, если выходной сигнал первого инвертора сделан опорным при выдаче трехфазного переменного тока. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным выдавать более сглаженные формы трехфазной или однофазной выходных волн и надежно выдавать трехфазный и однофазный переменный ток требуемого напряжения в требуемой фазе.
Далее, в первом, втором и третьем вариантах осуществления настоящего изобретения, блок 28 управления двигателем подает ток на одну из обмоток - первую, вторую или третью (выходные обмотки 18а, 18b, 18с), чтобы использовать узел 16 генератора переменного тока в качестве первичного двигателя при запуске двигателя 12. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным легко запускать двигатель 12, не имея самозапускающегося двигателя для запуска двигателя 12.
Далее, в первом, втором и третьем вариантах осуществления настоящего изобретения, генератор переменного тока (16) включает статор (16а), смонтированный на картере (12f) двигателя (12), и ротор (16b), смонтированный с возможностью вращения вокруг статора и работающий как маховик двигателя, а также первую, вторую и третью обмотки (выходные обмотки 18а, 18b, 18с), намотанные вокруг либо статора (16а), либо ротора (16с), с заранее заданным расстоянием между ними. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным минимизировать конструкцию электромашинного генератора.
Далее, в инверторном генераторе 10, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающих элементов (тиристоров SCR в гибридных мостовых цепях 22а11, 22b1, 22с11) для преобразования постоянного тока, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов было требуемое напряжение. Благодаря этому становится возможным увеличивать и уменьшать выбранные выходные напряжения переменного тока программным способом, так что не требуется менять аппаратные параметры, например параметры обмоток, в соответствии с нормами стран, для которых предназначен генератор 10. Далее, хотя выходные напряжения для трехфазного и однофазного переменного тока по нормам отличаются, например напряжение между фазами устанавливается на уровне 115В для трехфазного тока и на уровне 100В для однофазного, становится возможным соответствующим образом подрегулировать выходные напряжения, повышая тем самым удобство использования генератора 10.
Далее, в третьем варианте осуществления настоящего изобретения имеется инверторный генератор 10, далее включающий настроечный переключатель частоты (30i) и первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2), которые управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) был трехфазный переменный ток или однофазный переменный ток с частотой, установленной настроечным переключателем частоты (30i) по сигналу селекторного переключателя (30е), соответствующему выходному сигналу первого инвертора (22а), когда выходной сигнал первого инвертора сделан опорным. Благодаря этому по сигналу селекторного переключателя 30е, приспособленного для переключения пользователем, становится возможным выборочно и надежно выдавать трехфазный переменный ток и однофазный переменный ток требуемого напряжения, обеспечивая тем самым возможность гибко использовать выход генератора.
Далее, поскольку третий вариант осуществления выполнен для переключений ВКЛ/ВЫКЛ переключающих элементов, чтобы выдавать напряжение переменного тока с частотой, установленной настроечным переключателем частоты 30i, приспособленным для переключения пользователем, это позволяет адекватно регулировать частоту так, как указано (установлено) пользователем. Следовательно, когда генератор 10 используется как источник питания для оборудования, которое требует вращающего момента, например для насосов, больших вентиляторов и т.п., становится возможным увеличить или уменьшить скорость двигателя, чтобы снизить потребление энергии в целях гибкого использования выхода генератора.
Далее, в третьем варианте осуществления настоящего изобретения первый контроллер (ЦП 22а2) генерирует опорный сигнал, соответствующий частоте, установленной настроечным переключателем частоты (30i), и синхронизирующий сигнал, содержащий заранее заданные фазовые сдвиги от опорного сигнала, и посылает синхронизирующий сигнал второму и третьему контроллерам (ЦП 22b2, 22с2), чтобы первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляли включением и выключением переключающих элементов в соответствии с опорным сигналом и синхронизирующим сигналом для выдачи с первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) трехфазного переменного тока или однофазного переменного тока с частотой, установленной настроечным переключателем частоты. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным надежно регулировать частоту, как указано пользователем.
Далее, в третьем варианте осуществления настоящего изобретения первый, второй и третий контроллеры (ЦП 22а2, 22b2, 22с2) управляют включением и выключением переключающих элементов так, чтобы на выходе первого, второго и третьего инверторов (22а, 22b, 22с) было напряжение, полученное подстройкой параметров, исходя из частоты, установленной настроечным переключателем частоты 30i. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, становится возможным дальнейшее повышение удобства работы, когда генератор 10 используется как источник питания для оборудования, которое требует вращающего момента.
Следует также отметить, что, хотя в приведенных вариантах осуществления в качестве переключающих элементов инвертирующей части 22 используются полевые транзисторы, возможно использование любых других переключающих элементов, например биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT:
insulated gate bipolar transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором, БТИЗ) или аналогичных.
Японские патентные заявки №2011-110572, 2011-110573 и 2011-110574, все с датой подачи 17 мая 2011 г., полностью включены в настоящее описание посредством ссылки.
Хотя изобретение показано и описано на примере частных вариантов осуществления, следует отметить, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается деталями описанных конструкций; в нем могут быть произведены изменения и модификации, не отступающие от объема прилагаемой формулы изобретения.