ИНВЕРТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2015 года по МПК H02P9/00 F02D29/06 B60L11/12 F02N11/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к инверторному генератору, в особенности к инверторному генератору, оснащенному узлом генератора с приводом от двигателя.

Уровень техники

Широко известно традиционное устройство инверторного генератора, оснащенного узлом генератора с приводом от двигателя и использующего стартер (аккумуляторный двигатель), раскручивающий вал двигателя для его запуска. Однако такая конструкция имеет тот недостаток, что установка стартера вызывает увеличение размеров генератора.

Чтобы преодолеть этот недостаток, в японской выложенной патентной заявке №2004-340055 стартер изъят и выход аккумулятора подсоединен к узлу генератора для его раскрутки с целью запуска двигателя, т.е. узел генератора используется как стартер запуска двигателя, что делает генератор компактным.

Раскрытие изобретения

В случае использования конструкции согласно этой ссылке, необходимо повышать напряжение аккумулятора с помощью преобразователя до уровня, допускающего раскрутку узла генератора, чтобы он мог работать как стартер. Напряжение, допускающее вышеуказанную раскрутку узла генератора, пропорционально установленной величине выходного напряжения узла генератора, т.е. линейному напряжению, которое должно быть создано при генерации напряжения в обмотке, намотанной вокруг узла генератора.

Соответственно, когда, к примеру, линейное напряжение обмотки установлено относительно высоким, напряжение, допускающее раскрутку, также увеличивается, так что коэффициент усиления преобразователя тоже возрастает, и это ведет к увеличению размеров преобразователя. В результате генератор в целом увеличивается в весе и размерах, что является недостатком. Кроме того, детали (например, конденсатор и т.п.), на которые подается относительно высокое напряжение с узла генератора при генерации напряжения, должны выдерживать более высокое напряжение, что приводит к увеличению их размеров и стоимости. Это также является недостатком.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть вышеуказанный недостаток, предложив инверторный генератор, оснащенный узлом генератора с приводом от двигателя, позволяющий запустить двигатель, используя узел генератора, благодаря чему может генератор быть сделан легким и компактным без увеличения стоимости.

Для решения вышеуказанной задачи согласно изобретению предложен инверторный генератор, содержащий обмотку, намотанную вокруг узла генератора, приводимого двигателем, преобразователь, соединенный с обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор, соединенный с преобразователем и выполненный с возможностью преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер, выполненный с возможностью управления работой преобразователя и инвертора. С указанным двигателем соединен аккумулятор, а обмотка включает первую обмотку и вторую обмотку, при этом контроллер подает выход аккумулятора на одну из обмоток - первую или вторую, чтобы раскрутить узел генератора для запуска 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 статора и прочих элементов, составляющих узел генератора, показанного на ФИГ.1;

ФИГ.3 представляет блок-схему процесса работы блока управления, показанного на ФИГ.1;

ФИГ.4 представляет блок-схему, объясняющую величину напряжения, подаваемого на инвертор, показанный на ФИГ.1;

ФИГ.5 представляет общую блок-схему, аналогичную ФИГ.1, но показывающую инверторный генератор в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

ФИГ.6 представляет общую блок-схему, аналогичную ФИГ.1, но показывающую инверторный генератор традиционного типа; и

ФИГ.7 представляет блок-схему, объясняющую величину конденсатора, показанного на ФИГ.6.

Осуществление изобретения

Инверторный генератор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения будет объяснен со ссылкой на прилагаемые чертежи.

ФИГ.1 представляет общую блок-схему инверторного генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. ФИГ.6 представляет общую блок-схему, аналогичную ФИГ.1, но показывающую инверторный генератор традиционного типа.

Как показано на ФИГ.6, инверторный генератор 200 оснащен узлом генератора (пусковым генератором) 204 с приводом от двигателя 202 и имеет номинальное выходное напряжение переменного тока 400 В (максимальное напряжение: 750 В). Узел генератора 204 образован выходной обмоткой 206, и линейное напряжение V1, которое должно быть создано при генерации напряжения в выходной обмотке 206 (т.е. выходное напряжение узла генератора 204), определяется номинальным выходным напряжением инверторного генератора 200, конкретно, 500 В. Линейное напряжение, определенное в соответствии с номинальным выходным напряжением генератора, называется далее «определенное линейное напряжение».

Двигатель 202 запускается после раскрутки узла генератора 204. Конкретнее, блок управления 208, содержащий ЦП (CPU, central processing unit - ЦП, центральный процессор) и т.п., повышает постоянное напряжение (12 В), снимаемое с выхода аккумулятора 210, до 500 В с помощью преобразователя постоянного тока 212 и подает это повышенное выходное напряжение через сглаживающий конденсатор 214 на преобразователь 216, который работает как привод стартера. Блок управления 208 подает на выходную обмотку 206, намотанную вокруг узла генератора 204, выходное напряжение аккумулятора, которое подается на преобразователь 216, чтобы раскрутить ротор (не показан) узла генератора 204, а этот ротор одновременно выступает как маховик двигателя 202, тем самым запуская двигатель 202.

Когда двигатель 202 запускается и узел генератора 204 начинает генерировать напряжение, блок управления 208 преобразует переменный ток с выходной обмотки 206 узла генератора 204 (в этот момент линейное напряжение V1 равно 500 В) в постоянный ток с помощью преобразователя 216. После сглаживания сигнала пропусканием через сглаживающий конденсатор 214 блок управления 208 подает сигнал на инвертор 220, в котором постоянный ток преобразуется в переменный ток напряжением 400 В заранее заданной частоты (точнее, 50 Гц или 60 Гц), и затем подает его на электрическую нагрузку 224 через выходные клеммы 222.

Поскольку на сглаживающий конденсатор 214 подается относительно высокое напряжение, этим задается сравнительно высокое значение напряжения, которое он должен выдерживать (например, 800 В). Однако единичный сглаживающий конденсатор 214, показанный на ФИГ.6, это обычный конденсатор, монтируемый на печатную плату, который способен выдержать напряжение не более 500 В. Поэтому в действительности используется несколько конденсаторов, как показано на ФИГ.7, т.е., например, пары последовательно соединенных сглаживающих конденсаторов 214, выдерживающих напряжение 400 В, соединяются параллельно, чтобы обеспечить необходимую емкость (так на ФИГ. 7 соединяются три пары).

Объяснение ФИГ.1 будет дано, исходя из конструкции традиционного инверторного генератора 200. На ФИГ.1 номером 10 обозначен инверторный генератор. Генератор 10 содержит двигатель (двигатель внутреннего сгорания) 12, узел генератора (пусковой генератор) 14, приводимый двигателем 12, и регулировочный узел 16, установленный для регулировок оператора (пользователя). Генератор 10 имеет относительно высокий номинал выхода, т.е. номинальное выходное напряжение переменного тока 400 В.

Двигатель 12 - это, например, бензиновый двигатель объемом 390 куб. см со свечным зажиганием и воздушным охлаждением. Двигатель 12 соединен с аккумулятором 20, который выдает постоянное напряжение номинала 12 В и используется как источник напряжения для запитки привода дроссельной заслонки, свечи зажигания (не показаны) и т.п.

ФИГ. 2 это вид сверху статора и прочих элементов, составляющих узел генератора 14.

Узел генератора 14 включает статор 14а, закрепленный на картере (не показан) двигателя 12, и ротор 14b, смонтированный с возможностью вращения вокруг статора 14а и работающий также как маховик двигателя 12.

Статор 14а включает сердечник 14а1 статора, выполненный с несколькими, именно тридцатью, выступами (зубцами) 14а2, расположенными радиально. Как показано, из тридцати выступов 14а2 половина, т.е. пятнадцать выступов 14а2, несут первую трехфазную выходную обмотку (далее называемую "первая обмотка"; она обведена штрихпунктирной линией на ФИГ.1) 22а с U, V и W-фазами, в то время как оставшиеся пятнадцать выступов 14а2 аналогичным образом несут вторую трехфазную выходную обмотку (далее называемую "вторая обмотка"; она обведена двойной штрихпунктирной линией на ФИГ.1) 22b с U, V и W-фазами.

Первая и вторая обмотки 22а, 22b сконструированы так, чтобы генерируемые соответственные линейные напряжения Va, Vb были ниже, чем определенное линейное напряжение (500 В). Конкретно, линейные напряжения Va, Vb устанавливаются, к примеру, на значения около пятидесяти процентов (50%; точнее, ровно 50%) определенного линейного напряжения. Другими словами, линейные напряжения Va, Vb, генерируемые первой и второй обмотками 22а, 22b, одинаковы и установлены на 250 В (максимальное напряжение: 375 В), что соответствует примерно 50% определенного линейного напряжения, т.е. напряжения, генерируемого традиционной выходной обмоткой 206.

Линейные напряжения Va, Vb, генерируемые обмотками, могут быть снижены, к примеру, уменьшением числа витков первой и второй обмоток 22а, 22b относительно выходной обмотки 206. Таким образом, обмотка узла генератора 14 разделена на две системы первой и второй обмоток 22а, 22b, имеющих низкие линейные напряжения.

Изнутри ротора 14b прикреплены десять пар, т.е. двадцать, постоянных магнитов 14b1, обращенных к первой и второй обмоткам 22а, 22b, причем радиально ориентированные полярности магнитов попеременно обратны, как показано (частично показано на ФИГ.2). Постоянные магниты 14b1 расположены так, чтобы каждая их пара (например, 14М1 и 14М2) соответствовала каждым трем выступам 14а2.

Когда постоянные магниты 14b1 ротора 14b вращаются вокруг статора 14а, трехфазный (с U, V и W-фазами) переменный ток создается (генерируется) и первой, и второй обмотками 22а, 22b.

Вернемся к объяснению ФИГ.1, генератор 10, далее, включает первый преобразователь (выпрямитель) 24, соединенный с первой обмоткой 22а, второй преобразователь (выпрямитель) 26, соединенный со второй обмоткой 22b, первый и второй сглаживающие конденсаторы 30, 32, соединенные, соответственно, с первым и вторым преобразователями 24, 26, инвертор 36, включенный в каскаде, следующем за первым и вторым преобразователями 24, 26, преобразователь 40 постоянного тока, соединенный с аккумулятором 20, и блок управления 42, приспособленный для управления работой первого преобразователя 24, инвертора 36 и т.д. Заметим, что в приводимых вариантах осуществления термин «следующий за» означает позицию по направлению течения тока от узла генератора 14 в процессе генерирования напряжения.

Первый преобразователь 24 включает соединенные мостом три пары тиристоров 24а и диодов 24b, причем клеммы 24а1 затворов тиристоров 24а соединены с аккумулятором 20 через блок управления 42. В соответствии с углом включения тиристора 24а, управляемого блоком управления 42, первый преобразователь 24 преобразует переменный ток выходного сигнала первой обмотки 22а в постоянный ток и подает его на положительную и отрицательную выходные клеммы 24с, 24d.

Второй преобразователь 26 соединен со стороны его входа со второй обмоткой 22b и со стороны его выхода с выходной клеммой, т.е. последовательно с положительной выходной клеммой 24с первого преобразователя 24. Второй преобразователь 26 включает цепь, содержащую соединенные мостом шесть полевых транзисторов (переключающих элементов) 26b и их внутренних диодов 26а, а клеммы 26b1 затворов полевых транзисторов 26b соединены с аккумулятором 20. В ответ на срабатывание, т.е. включение и выключение (переход в проводящее и непроводящее состояния), полевых транзисторов 26b, управляемых блоком управления 42, с использованием внутренних диодов 26а второй преобразователь 26 преобразует переменный ток выходного сигнала второй обмотки 22b в постоянный ток и подает его на положительную и отрицательную выходные клеммы 26с, 26d.

Второй преобразователь 26 работает также как привод стартера (привод стартера/генератора), управляя второй обмоткой 22b, чтобы выполнять функцию стартера двигателя 12 в дополнение к его работе в качестве генератора. Конкретно, в этом варианте осуществления на вторую обмотку 22b подается ток, чтобы раскрутить узел генератора 14 для запуска двигателя 12, т.е. узел генератора 14 работает как генератор (стартер).

Конкретнее, после срабатывания полевых транзисторов 26b, управляемых блоком управления 42, второй преобразователь (привод стартера) 26 подает выход аккумулятора 20 на вторую обмотку 22b, чтобы раскрутить узел генератора 14 для запуска двигателя 12. Заметим, что при запуске двигателя выход аккумулятора вводится через выходные клеммы 26с, 26d, другими словами, выходные клеммы 26с, 26d работают как входные клеммы.

Первый сглаживающий конденсатор 30 включен в каскаде, следующем за первым преобразователем 24, чтобы сгладить постоянный ток выхода первого преобразователя 24. Аналогично, второй сглаживающий конденсатор 32 включен в каскаде, следующем за вторым преобразователем 26, чтобы сгладить постоянный ток выхода второго преобразователя 26.

Поскольку на первый и второй сглаживающие конденсаторы 30, 32 подаются выходные сигналы первой и второй обмоток 22а, 22b, линейные напряжения Va, Vb которых установлены на относительно низком уровне, для конденсаторов 30, 32 достаточны относительно низкие значения пробивного напряжения. Так, например, задаются значения пробивного напряжения равные 400 В, что соответствует примерно 50% величины пробивного напряжения традиционного сглаживающего конденсатора 214, показанного на ФИГ. 6.

Вход инвертора 36 соединен с последовательно включенными первым и вторым преобразователями 24, 26. Инвертор 36 содержит цепь, включающую соединенные мостом четыре полевых транзистора 36а, и управляющие электроды 36а1 полевых транзисторов 36а соединены с аккумулятором 20. В ответ на срабатывание, т.е. включение и выключение (переход в проводящее и непроводящее состояния), полевых транзисторов 36а, управляемых блоком управления 42, инвертор 36 преобразует постоянные токи выходных сигналов первого и второго преобразователей 24, 26 в однофазный переменный ток заранее заданной частоты (50 Гц или 60 Гц - частоты коммунальных сетей).

Инвертор 36 выдает эти переменные токи на выходные клеммы 44 через фильтры (не показаны), которые подавляют гармоники переменного тока, подает их на электрическую нагрузку 46 через разъем (не показан) и т.д.

Преобразователь 40 постоянного тока соединен со стороны его входа с аккумулятором 20, а со стороны его выхода - с положительной и отрицательной выходными клеммами 26с, 26d (играющими при этом роль входных клемм, как указано выше) второго преобразователя 26.

Преобразователь 40 постоянного тока включает преобразователь постоянного тока изолирующего типа, содержащий соединенные мостом четыре полевых транзистора 40а, трансформатор 40b и диоды 40с, причем затворы 40а1 полевых транзисторов 40а соединены с аккумулятором 20. В ответ на срабатывание полевых транзисторов 40а, управляемых блоком управления 42, преобразователь 40 постоянного тока повышает постоянное напряжение, снимаемое с выхода аккумулятора 20, и подает его на запуск двигателя, а после запуска двигателя снижает напряжение сигнала постоянного тока, генерируемого во второй обмотке 22b узла генератора 14 и снимаемого с выхода второго преобразователя 26, и подает его на аккумулятор 20 для его зарядки.

Блок управления 42 включает ЦП и т.п. и управляет работой первого преобразователя 24, второго преобразователя (привода стартера) 26, инвертора 36 и т.д., как указано выше. Блок управления 42 соединен с аккумулятором 20 и получает от него рабочее напряжение. Хотя это и не показано, цепи трансформатора и выпрямителя соединены с выходным каскадом одной из фаз U, V и W выходного сигнала первой обмотки 22а, и пониженное и выпрямленное в этих цепях напряжение также подается на блок управления 42 и т.д. Конкретно, выход аккумулятора и часть напряжения, генерируемого в первой обмотке 22а, используются как управляющее напряжение, т.е. используются для управления работой системы.

Регулировочный узел 16 содержит переключатель пуска и останова 16а, который выдает команду пуска (ВКП) и команду останова (ВЫКЛ) генератора 10, отрабатывая переключения оператора, и содержит блок индикации (включающий, например, световой индикатор выхода, предупредительный индикатор перегрузки, жидкокристаллическую индикаторную панель и т.п.) 16b, показывающий рабочее состояние и т.п. генератора 10. Выход переключателя пуска и останова 16а подается на блок управления 42, а работа блока индикации 16b (например, включение и выключение светового индикатора выхода) управляется блоком управления 42.

Датчик 50 угла кривошипа, включающий электромагнитный датчик, установлен возле маховика, т.е. ротора 14b двигателя 12, для формирования при каждом заранее заданном угловом положении кривошипа импульсного сигнала и выдачи его в качестве выходного сигнала на блок управления 42. Хотя это и не показано, генератор 10 включает, далее, различные датчики для замера напряжения и тока выходного сигнала инвертора 36, и выходные сигналы этих датчиков также подаются на блок управления 42.

ФИГ.3 представляет блок-схему процесса работы блока управления 42 генератора 10. Показанная программа выполняется после включения переключателя пуска и останова 16а.

Программа начинается шагом (шагом, блоком программы) S10, на котором вторая обмотка 22b получает выходное напряжение аккумулятора 20 (т.е. запитывается), чтобы раскрутить узел генератора 14 для запуска двигателя 12.

Конкретно, выходное постоянное напряжение (12 В) аккумулятора 20 повышается до 250 В или около того преобразователем 40 постоянного тока и подается на второй преобразователь (привод стартера) 26. Второй преобразователь 26, работающий как привод стартера, подает это повышенное выходное напряжение аккумулятора на вторую обмотку 22b, благодаря чему ротор 14b узла генератора 14 раскручивается относительно статора 14а для запуска двигателя 12.

Ниже повышение напряжения преобразователем 40 постоянного тока объясняется подробно. В случае, когда линейное напряжение Vb второй обмотки 22b на 500 В (определенное линейное напряжение), то есть установлено таким же, как линейное напряжение традиционной выходной обмотки 206, напряжение, допускающее раскрутку узла генератора 14 (т.е. напряжение, которого хватает для получения достаточного вращающего момента, чтобы заставить узел генератора 14 работать как стартер), должно быть около 500 В. В этом случае, как объяснено в отношении традиционного преобразователя 212 постоянного тока (соответствующего преобразователю 40 в приводимых вариантах осуществления), необходимо повышать напряжение аккумулятора (12В) до 500 В, так что коэффициент усиления возрастает, и размер преобразователя соответственно увеличивается.

Однако в данном варианте осуществления линейное напряжение Vb второй обмотки 22b установлено на 250 В, что соответствует примерно 50% линейного напряжения традиционной выходной обмотки 206. Следовательно, необходимое напряжение, допускающее раскрутку узла генератора 14, может быть около 250 В, так что достаточно, чтобы преобразователь 40 постоянного тока повысил напряжение аккумулятора до 250 В. В результате коэффициент усиления преобразователя 40 постоянного тока может быть снижен, и преобразователь может быть сделан соответственно компактным.

Дадим краткое объяснение ФИГ.3. Программа переходит к шагу S12, на котором подсчитываются или замеряются периоды времени между выходными импульсами датчика 50 угла кривошипа, чтобы измерить (рассчитать) скорость NE (обороты) двигателя, и определяется, достигла ли измеренная скорость NE двигателя самоподдерживающегося уровня, т.е. завершена ли операция запуска двигателя 12.

Если результат шага S12 отрицательный, выполнение шага S12 повторяется, если же ответ утвердительный, программа переходит к шагу S14, на котором запускается генерация напряжения узлом генератора 14, и генерируемое напряжение подается на электрическую нагрузку 46 посредством управления работой первого преобразователя 24, инвертора 36 и т.д.

Конкретно, трехфазное напряжение (250 В) переменного тока, которое выдает (генерирует) первая обмотка 22а узла генератора 14, подается на первый преобразователь 24, а первый преобразователь 24 преобразует этот входной переменный ток в постоянный ток (350 В) и выдает его. Постоянный ток выхода первого преобразователя 24 сглаживается первым сглаживающим конденсатором 30.

С другой стороны, трехфазное напряжение (250 В) переменного тока, которое выдает (генерирует) вторая обмотка 22b узла генератора 14, подается на второй преобразователь 26, и второй преобразователь 26 преобразует входной переменный ток в постоянный ток (350 В), используя внутренние диоды 26а, и выдает его. Постоянный ток выхода второго преобразователя 26 сглаживается вторым сглаживающим конденсатором 32.

Поскольку выход второго преобразователя 26 включен последовательно с положительной выходной клеммой 24с первого преобразователя 24, на вход инвертора 36 подается сумма постоянного тока (350 В) с первого преобразователя 24 и постоянного тока (350 В) со второго преобразователя 26, т.е. постоянный ток (суммарный ток) напряжением 700 В.

Инвертор 36 преобразует входной постоянный ток в однофазный переменный ток (напряжением 400 В) заранее заданной частоты и подает его с выходных клемм 44 через фильтры (не показаны) на электрическую нагрузку 46.

Далее программа переходит к шагу S16, на котором задействуется блок индикации 16b, к примеру, включается световой индикатор выхода, чтобы проинформировать оператора о начале генерации напряжения. Затем программа переходит к шагу S18, на котором определяется, выдана ли оператором команда останова генератора 10, т.е. переведен ли переключатель пуска и останова 16а в положение ВЫКЛ.

Если результат шага S18 отрицательный, выполнение шага S18 осуществляется еще раз, если же ответ утвердительный, программа переходит к шагу S20, на котором двигатель 12 останавливается отключением зажигания или подобным образом, и генерация напряжения узлом генератора 14 заканчивается. Далее программа переходит к шагу S22, на котором работа блока индикации 16b останавливается, к примеру, выключается световой индикатор выхода.

Как сказано выше, первый вариант осуществления включает инверторный генератор (10), содержащий обмотку (первую или вторую обмотку 22а, 22b), намотанную вокруг узла генератора (14) с приводом от двигателя (12), преобразователь (первый или второй преобразователь 24, 26), соединенный с обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и приспособленный для преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (блок управления 42), приспособленный для управления работой преобразователя и инвертора, причем усовершенствование включает аккумулятор (20), соединенный с двигателем, и обмотка включает первую обмотку (22а) и вторую обмотку (22b) так, что контроллер (42) подает выход аккумулятора на одну из обмоток - первую или вторую (точнее, на вторую обмотку 22b), чтобы раскрутить узел генератора для запуска двигателя, другими словами, инверторный генератор выполнен с разделением обмотки на первую и вторую обмотки.

Благодаря этому, линейные напряжения Va, Vb первой и второй обмоток 22а, 22b могут быть установлены на значение (250В), меньшее, чем, например, определенное линейное напряжение (500 В), и это позволяет использовать узел генератора 14 для запуска двигателя 12. Точнее, на первую или вторую обмотку 22а, 22b (именно на вторую обмотку 22b) подается относительно низкое напряжение, чтобы раскрутить узел генератора 14, обеспечивая тем самым возможность запуска двигателя 12. Следовательно, к примеру, коэффициент усиления преобразователя (преобразователя 40 постоянного тока), который повышает напряжение аккумулятора и подает повышенное напряжение на первую или вторую обмотку 22а, 22b (на вторую обмотку 22b), может быть снижен, чтобы можно было повысить эффективность преобразователя 40 и уменьшить размер преобразователя, что делает весь генератор легким и компактным. Далее, поскольку стартера или аналогичного устройства для запуска не требуется, весь генератор может быть сделан более компактным.

Далее, поскольку линейные напряжения Va, Vb первой и второй обмоток 22а, 22b установлены как объяснено выше, пробивные напряжения элементов (например, первого и второго сглаживающих конденсаторов 30, 32 и т.п.), на которые при генерации напряжения подается выходное напряжение с узла генератора (с первой и второй обмоток 22а, 22b), могут быть снижены, например, до 400 В. Поэтому нет необходимости ставить несколько конденсаторов, как в традиционном генераторе, показанном на ФИГ.7, что позволяет избежать увеличения размеров и стоимости, в то время как диапазон выбора емкости конденсатора может быть расширен. Далее, поскольку напряжение, подаваемое с первой обмотки 22 на первый преобразователь 24 и со второй обмотки 22b на второй преобразователь 26, может быть низким, значения пробивных напряжений преобразователей 24, 26 могут быть соответственно снижены. Это обеспечивает преимущество в плане стоимости.

Далее, линейные напряжения (Va, Vb), генерируемые в первой обмотке и второй обмотке, одинаковы и ниже, чем определенное линейное напряжение (500 В), определяемое номинальным выходным напряжением (напряжением 400 В переменного тока) инверторного генератора, а преобразователь включает : первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток; и второй преобразователь (26), соединенный со стороны входа со второй обмоткой, а со стороны выхода - последовательно с выходной клеммой (точнее, с положительной выходной клеммой 24с) первого преобразователя и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала.

Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, поскольку сумма постоянного тока с первого преобразователя 24 и постоянного тока со второго преобразователя 26 подается на инвертор 36 и инвертор 36 преобразует этот суммарный сигнал в переменный ток и выдает его, номинальный уровень выходного сигнала генератора 10 не уменьшается, даже когда линейные напряжения Va, Vb первой и второй обмоток 22а, 22b установлены на низком уровне.

Далее, линейные напряжения первой и второй обмоток устанавливаются на уровне около пятидесяти процентов определенного линейного напряжения. Конкретно, количества витков первой и второй обмоток 22а, 22b устанавливаются на уровне около 50% числа витков, необходимого для получения определенного линейного напряжения, более конкретно на уровне около 50% числа витков традиционной выходной обмотки 206. Благодаря этому, в дополнение к вышеуказанным эффектам, коэффициент усиления преобразователя (преобразователя 40 постоянного тока), который повышает напряжение аккумулятора и подает повышенное напряжение на первую и вторую обмотки 22а, 22b, может составлять 50% традиционной величины. В результате становится возможным дальнейшее повышение эффективности преобразователя 40 и уменьшение размера преобразователя, что делает весь генератор легче и компактнее.

Ниже будет объяснен инверторный генератор в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Объяснение второго варианта осуществления будет сфокусировано на моментах отличия от первого варианта осуществления. Во втором варианте осуществления линейное напряжение Va первой обмотки 122а установлено на определенное линейное напряжение, в то время как линейное напряжение Vb второй обмотки 122b установлено ниже уровня первой обмотки 122а, и выход аккумулятора 20 подается на вторую обмотку 122b для запуска двигателя 12.

ФИГ.5 представляет общую блок-схему, аналогичную ФИГ. 1, но показывающую инверторный генератор 110 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Заметим, что конструктивные элементы, соответствующие элементам первого варианта осуществления, обозначены теми же номерами позиций, что и в первом варианте осуществления, и не объясняются.

Как показано на ФИГ.5, обмотки узла генератора 114 включают первую обмотку 122а и вторую обмотку 122b, аналогично первому варианту осуществления. Первая обмотка 122а выполнена так, чтобы линейное напряжение (определенное линейное напряжение) Va, генерируемое при генерации напряжения, было установлено на 500 В (максимальное напряжение: 750 В), то есть было таким же, как и напряжение, генерируемое традиционной выходной обмоткой 206. Линейное напряжение Vb, генерируемое во второй обмотке 122b, установлено ниже уровня первой обмотки 122а, точнее, установлено на значение около 50% (точнее, ровно 50%) напряжения Va первой обмотки 122а. Другими словами, линейное напряжение Vb второй обмотки 122b равно 250 В (максимальное напряжение: 375 В), что соответствует примерно 50% напряжения традиционной выходной обмотки 206.

Линейное напряжение Vb, генерируемое во второй обмотке 122b, может быть снижено, например, уменьшением числа витков второй обмотки 122b, чтобы оно было меньше, чем в первой обмотке 122а. Таким образом, обмотка узла генератора 114 во втором варианте осуществления разделена на две системы первой и второй обмоток 122а, 122b, имеющие различные линейные напряжения.

Генератор 110 включает первый преобразователь 24, соединенный с первой обмоткой 122а, второй преобразователь 26, соединенный со второй обмоткой 122b, первый сглаживающий конденсатор 130 и второй сглаживающий конденсатор 32, соединенные, соответственно, с первым и вторым преобразователями 24, 26, повышающий преобразователь 134, включенный в каскаде, следующем за вторым сглаживающим конденсатором 32, и инвертор 36, включенный в каскаде, следующем за первым преобразователем 24 и повышающим преобразователем 134.

Первый сглаживающий конденсатор 130 включен в каскаде, следующем за первым преобразователем 24, чтобы сгладить постоянный ток выхода первого преобразователя 24. Пробивное напряжение первого сглаживающего конденсатора 130 задано относительно высоким, точнее, к примеру, равно 800 В, то есть такое же, как и у традиционного сглаживающего конденсатора 214.

Поскольку на второй сглаживающий конденсатор 32 подается сигнал с выхода второй обмотки 22b, в которой линейное напряжение Vb установлено на относительно низком уровне аналогично первому варианту осуществления, для второго сглаживающего конденсатора 32 достаточно пробивное напряжение более низкого уровня, чем у первого сглаживающего конденсатора 130. Так, например, пробивное напряжение второго сглаживающего конденсатора 32 установлено на 400 В, что соответствует примерно 50% значения для первого сглаживающего конденсатора 130, т.е. традиционного сглаживающего конденсатора 214, показанного на ФИГ.6.

Повышающий преобразователь 134 со стороны его входа включен параллельно с положительной и отрицательной выходными клеммами 26 с, 26d второго преобразователя, а со стороны его выхода - между положительной и отрицательной выходными клеммами 24с, 24d первого преобразователя 24. Как видно из ФИГ.5, точки подсоединения повышающего преобразователя 134 со стороны входа и выхода расположены за первым и вторым сглаживающими конденсаторами 130, 32.

Повышающий преобразователь 134 включает переключающий преобразователь постоянного тока, содержащий полевой транзистор 134а, обмотку дросселя 134b и диод 134с, причем затвор 134а1 полевого транзистора 134а соединен с аккумулятором 20. В ответ на срабатывание полевого транзистора 134а, управляемого блоком управления 42, повышающий преобразователь 134 повышает напряжение постоянного тока выхода второго преобразователя 26 и выдает усиленный сигнал.

Инвертор 36 соединен со стороны его входа с первым преобразователем 24 и повышающим преобразователем 134. В ответ на включение и выключение полевых транзисторов 36а, управляемых блоком управления 42, инвертор 36 преобразует постоянные токи с выхода первого преобразователя 24 и повышающего преобразователя 134 в однофазные переменные токи заранее заданной частоты (50 Гц или 60 Гц - частоты коммунальных сетей).

Работа блока управления 42 генератора 110 в соответствии со вторым вариантом осуществления будет объяснена со ссылкой на блок-схему ФИГ.3. Вначале, на шаге S10, вторая обмотка 122b получает выходное напряжение аккумулятора 20 (т.е. запитывается), чтобы раскрутить узел генератора 114 для запуска двигателя 12.

Конкретно, аналогично первому варианту осуществления, выходное постоянное напряжение аккумулятора 20 повышается преобразователем 40 постоянного тока, и это повышенное выходное напряжение аккумулятора подается на вторую обмотку 122b, благодаря чему ротор 114b узла генератора 114 раскручивается относительно статора 114а для запуска двигателя 12.

Как указано выше, линейное напряжение Vb второй обмотки 122b установлено на 250 В, что соответствует примерно 50% линейного напряжения традиционной выходной обмотки 206, т.е. линейного напряжения Va первой обмотки 122а, поэтому достаточно, чтобы преобразователь 40 постоянного тока повышал напряжение аккумулятора до 250 В.

Далее программа переходит к шагу S12 и, если результат шага S12 утвердительный, переходит к шагу S14, на котором запускается генерация напряжения узлом генератора 114. Конкретно, трехфазное напряжение переменного тока (500 В), которое выдает (генерирует) первая обмотка 122а узла генератора 114, подается на первый преобразователь 24, и первый преобразователь 24 преобразует входной переменный ток в постоянный ток (700 В) и выдает сигнал постоянного тока. Постоянный ток выхода первого преобразователя 24 сглаживается первым сглаживающим конденсатором 130 и подается на инвертор 36.

С другой стороны, трехфазное напряжение (250 В) переменного тока, которое выдает (генерирует) вторая обмотка 122b узла генератора 114, подается на второй преобразователь 26, и второй преобразователь 26 преобразует переменный ток в постоянный ток (350 В) и выдает сигнал постоянного тока.

Постоянный ток выхода второго преобразователя 26 сглаживается вторым сглаживающим конденсатором 32 и подается на повышающий преобразователь 134. Повышающий преобразователь 134 повышает постоянное напряжение со второго преобразователя 26 до двойного значения, т.е. 700 В, и выдает его на инвертор 36. Следовательно, на инвертор 36 подается ток наложения, равный сумме постоянного тока с первого преобразователя 24 и постоянного тока с повышающего преобразователя 134.

Инвертор 36 преобразует входной постоянный ток в однофазный переменный ток (напряжением 400 В) заранее заданной частоты и подает его с выходных клемм 44 через фильтры на электрическую нагрузку 46.

Затем выполняются шаги с S16 по S22, после чего программа заканчивается.

Как сказано выше, во втором варианте осуществления линейное напряжение (Vb) второй обмотки (122b) установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение (Va) первой обмотки (122а). Благодаря этому, появляется возможность запуска двигателя 12 раскруткой узла генератора 114 при подаче относительно низкого напряжения на вторую обмотку 122b. Следовательно, к примеру, коэффициент усиления преобразователя 40 постоянного тока, который повышает напряжение аккумулятора и подает повышенное напряжение на вторую обмотку 122b, может быть уверенно снижен, чтобы стало возможным дальнейшее повышение эффективности преобразователя 40 постоянного тока и уменьшение размера преобразователя, что делает весь генератор легким и компактным.

Далее, преобразователь включает первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток; и повышающий преобразователь (134), соединенный со стороны его входа со вторым преобразователем (26), который соединен со второй обмоткой, приспособлен для преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток и со стороны его выхода подключен параллельно между положительной и отрицательной выходными клеммами (24с, 24d) первого преобразователя, и преобразователь приспособлен повышать напряжение постоянного тока выхода второго преобразователя и выдавать его в качестве выходного сигнала.

Конкретно, переменный ток со второй обмотки 122b преобразуется в постоянный ток вторым преобразователем 26, а напряжение постоянного тока повышается повышающим преобразователем 134 и выдается между положительной и отрицательной выходными клеммами 24с, 24d первого преобразователя 24. Благодаря этому, постоянный ток с первого преобразователя 24 и постоянный ток с повышающего преобразователя 134 накладываются и подаются на инвертор 36, а инвертор 36 преобразует их в переменный ток и выдает его, поэтому даже когда линейное напряжение Vb второй обмотки 22b установлено на низком уровне, номинальный уровень выходного сигнала генератора 110 не уменьшается. Далее, поскольку линейное напряжение Vb второй обмотки 122b задано как объяснено выше, напряжение, подаваемое со второй обмотки 122b на второй преобразователь 26, может быть низким, чтобы пробивное напряжение второго преобразователя 26 могло быть соответственно снижено. Это обеспечивает преимущество в плане стоимости.

Далее, контроллер (42) подает выход аккумулятора (20) на вторую обмотку, чтобы раскрутить узел генератора (114) для запуска двигателя (12). Благодаря этому, становится возможным уверенно запускать двигатель 12 раскруткой узла генератора 114 при подаче относительно низкого напряжения на вторую обмотку 122b.

Далее, линейное напряжение второй обмотки установлено на уровне примерно пятидесяти процентов линейного напряжения первой обмотки. Поскольку, соответственно, коэффициент усиления преобразователя 40 постоянного тока, который повышает напряжение аккумулятора и подает повышенное напряжение на вторую обмотку 122b, может быть снижен до примерно 50%, становится возможным дальнейшее повышение эффективности преобразователя 40 постоянного тока и уменьшение размера преобразователя, что делает весь генератор легче и компактнее.

Далее, линейное напряжение второй обмотки установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение первой обмотки, заданием меньшего числа витков второй обмотки, по сравнению с первой обмоткой. Благодаря этому, появляется возможность с помощью простой конструкции установить линейное напряжение Vb второй обмотки 122b на меньшем уровне, чем линейное напряжение Va первой обмотки 122а.

Остальная конструкция та же, что и в первом варианте осуществления, так что ее объяснение мы опускаем.

Как сказано выше, первый и второй варианты осуществления включают инверторный генератор (10, 110), содержащий обмотку (первую обмотку 22а, 122а, вторую обмотку 22b, 122b), намотанную вокруг узла генератора (14, 114) с приводом от двигателя (12), преобразователь (первый преобразователь 24, второй преобразователь 26), соединенный с обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и приспособленный для преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (блок управления 42), приспособленный для управления работой преобразователя и инвертора, причем усовершенствование включает аккумулятор (20), соединенный с двигателем, а обмотка включает первую обмотку (22а, 122а) и вторую обмотку (22b, 122b) так, что контроллер подает выход аккумулятора на одну из обмоток - первую или вторую, чтобы раскрутить узел генератора для запуска двигателя.

В первом варианте осуществления линейные напряжения (Va, Vb), генерируемые в первой обмотке и второй обмотке, одинаковы и установлены (на 250 В) на более низком уровне, чем определенное линейное напряжение (500 В), определяемое номинальным выходным напряжением инверторного генератора, и преобразователь включает первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток; и второй преобразователь (26), соединенный со стороны входа со второй обмоткой, а со стороны выхода последовательно соединенный с выходной клеммой (с положительной выходной клеммой 24с) первого преобразователя и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала.

Далее, линейные напряжения первой и второй обмоток устанавливаются на уровне около пятидесяти процентов определенного линейного напряжения.

Во втором варианте осуществления линейное напряжение (Vb) второй обмотки (122b) установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение (Va) первой обмотки (122а), и преобразователь включает первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и приспособленный для преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток; и повышающий преобразователь (134), соединенный со стороны его входа со вторым преобразователем (26), который соединен со второй обмоткой и приспособлен для преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток, а со стороны его выхода подключен параллельно между положительной и отрицательной выходными клеммами (24с, 24d) первого преобразователя, и преобразователь приспособлен для повышения напряжение постоянного тока выхода второго преобразователя и выдачи его в качестве выходного сигнала.

Далее, контроллер подает выход аккумулятора на вторую обмотку, чтобы раскрутить узел генератора (114) для запуска двигателя.

Далее, линейное напряжение второй обмотки установлено на уровне примерно пятидесяти процентов линейного напряжения первой обмотки.

Далее, линейное напряжение второй обмотки установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение первой обмотки заданием меньшего числа витков второй обмотки, по сравнению с первой обмоткой.

Следует отметить, что хотя полевые транзисторы используются как переключающие элементы второго преобразователя 26 и т.п., в вышеприведенном описании это не является ограничением, и вместо полевых транзисторов возможно использование биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT: insulated gate bipolar transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором, БТИЗ) или аналогичных.

Следует отметить, что хотя в первом варианте осуществления выход аккумулятора 20 подается на вторую обмотку 22b для запуска двигателя 12, имеется конструктивная возможность использовать первый преобразователь 24 как привод стартера, в котором выход аккумулятора подается на первую обмотку 22а для запуска двигателя 12.

Следует отметить, что хотя в описании линейные напряжения Va, Vb первой и второй обмоток 22а, 122а, 22b, 122b, номинальное выходное напряжение инверторного генератора 10, 110 и другие величины даны с конкретными значениями, эти значения даны для примера и не являются ограничительными.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инверторным генератором, оснащенным двигателем. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей. Инверторный генератор (10) содержит обмотку (22а, 22b), намотанную вокруг узла (14) генератора, приводимого двигателем (12), преобразователь (24, 26), соединенный с обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и выполненный с возможностью преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (42), выполненный с возможностью управления работой преобразователя и инвертора. С указанным двигателем соединен аккумулятор (20). Обмотка включает первую обмотку (22а) и вторую обмотку (22b). Контроллер подает выход аккумулятора на одну из обмоток - первую или вторую, чтобы раскрутить узел генератора для запуска двигателя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Инверторный генератор (10, 110), содержащий обмотку (22а, 122а, 22b, 122b), намотанную вокруг узла (14, 114) генератора, приводимого двигателем (12), преобразователь (24, 26), соединенный с обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и выполненный с возможностью преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (42), выполненный с возможностью управления работой преобразователя и инвертора, отличающийся тем, что указанная обмотка содержит первую обмотку (22а, 122а) и вторую обмотку (22b, 122b), при этом линейные напряжения (Va, Vb), генерируемые в первой обмотке и второй обмотке, одинаковы и установлены на более низком уровне, чем заданное линейное напряжение, определяемое номинальным выходным напряжением инверторного генератора, причем преобразователь содержит первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток, и второй преобразователь (26), соединенный со стороны входа со второй обмоткой, а со стороны выхода - последовательно с выходной клеммой (24с) первого преобразователя и выполненный с возможностью преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, причем контроллер выполнен с возможностью подачи выхода аккумулятора на одну из указанных первой или второй обмоток, чтобы раскрутить узел генератора для запуска двигателя.

2. Инверторный генератор по п.1, отличающийся тем, что линейные напряжения первой и второй обмоток установлены на уровне порядка пятидесяти процентов заданного линейного напряжения.

3. Инверторный генератор (10, 110), содержащий обмотку (22а, 122а, 22b, 122b), намотанную вокруг узла (14, 114) генератора, приводимого двигателем (12), преобразователь (24, 26), соединенный с обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и выполненный с возможностью преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (42), выполненный с возможностью управления работой преобразователя и инвертора, отличающийся тем, что указанная обмотка содержит первую обмотку (22а, 122а) и вторую обмотку (22b, 122b), при этом линейное напряжение (Vb) второй обмотки установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение (Va) первой обмотки, а преобразователь содержит первый преобразователь (24), соединенный с первой обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока выходного сигнала первой обмотки в постоянный ток, и повышающий преобразователь (134), который со стороны его входа соединен со вторым преобразователем (26), соединенным со второй обмоткой и выполненным с возможностью преобразования переменного тока выходного сигнала второй обмотки в постоянный ток, а со стороны его выхода подключен параллельно между положительной и отрицательной выходными клеммами (24с, 24d) первого преобразователя и который выполнен с возможностью повышать напряжение постоянного тока выхода второго преобразователя и выдавать его в качестве выходного сигнала.

4. Инверторный генератор по п.3, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью подачи выхода аккумулятора на вторую обмотку, чтобы раскрутить узел генератора (114) для запуска двигателя.

5. Инверторный генератор по п.3 или 4, отличающийся тем, что линейное напряжение второй обмотки установлено на уровне порядка пятидесяти процентов линейного напряжения первой обмотки.

6. Инверторный генератор по п.3 или 4, отличающийся тем, что линейное напряжение второй обмотки установлено на более низком уровне, чем линейное напряжение первой обмотки, путем задания меньшего числа витков второй обмотки по сравнению с первой обмоткой.