一种机械式三相逆变器教学模型制造技术

本实用新型专利技术是一种机械式三相逆变器教学模型。由直流恒压源、机械旋转式斩波器、滤波电路、机械旋转式逆变器、机械联动调节机构和换向火花消除装置组成，其中驱动电机、机械旋转式斩波器、伞轮三者同轴刚性机械联结，机械联动调节机构与靠轮、电刷Ｑ２刚性机械联结，直流恒压源的正极与机械旋转式斩波器的电刷（Ｑ１）电连接，机械旋转式斩波器的电刷Ｑ２与滤波电路的输入端电连接，滤波电路的正负输出端分别与机械旋转式逆变器直流母线的正负端电连接，机械旋转式逆变器的ａ、ｂ、ｃ三个输出端分别与换向火花消除装置的ａ、ｂ、ｃ三个输入端以及负载的三个输入端并联连接。本实用新型专利技术与教学挂图配合进行演示，用三个１５０～２００瓦灯泡作为负载，利用这三个灯泡的亮暗变化规律即可清楚地看出逆变过程三相输出电压之间的对称变化关系。同时对理解Ｕ／ｆ恒定的原理一目了然。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及教学用具，尤其是能用于教学演示又能实际驱动小功率三相电机工作 的机械式三相逆变器模型。
技术介绍
在现有技术中，感应电机的调速都是采用静止式PWM变频调速器，这种调速器的内 部全部由静止的电子器件构成，因此，在功率变流技术课程的教学过程中不能用它来作教 学演示模型。由于功率变流技术所涉及的概念和过程分析相当多，因此，教学方式即使采 用多媒体方式，学生仍感到难于掌握而希望有逆变原理与电子式相同但工作过程又能观察 的机械式教学演示模型，由于现有市场产品中没有这种教学演示模型，所以学生们的这个 愿望一直难以实现。
技术实现思路
本技术的目的是为高校及职业学校的功率变流技术课程教学提供一种机械式教 学演示模型，该模型不仅能用三个220伏150 200瓦的灯泡为负载输出缓慢变化的三 相对称正弦波供教学观察，还能直接用于400瓦以下小功率三相异步电机的无级调速。本技术技术方案为由直流恒压源、机械旋转式斩波器、滤波电路、机械旋转式 逆变器、机械联动调节机构和换向火花消除装置组成，其中驱动电机、机械旋转式斩波器、 伞轮三者同轴刚性机械联结，机械联动调节机构与靠轮、电刷Q2刚性机械联结，直流'恒 压源的正极与机械旋转式斩波器的电刷Q1电连接，机械旋转式斩波器的电刷Q2与滤波电 路的输入端电连接，滤波电路的正负输出端分别与机械旋转式逆变器直流母线的正负端电 连接，机械旋转式逆变器的a、 b、 c三个输出端分别与换向火花消除装置的a、 b、 c三个 输入端以及负载的三个输入端并联连接。机械联动调节机构能保证斩波器的调压电刷和逆 变器的靠轮同步轴向移动，从而保证系统的U/f值不变。逆变过程产生的电火花由并联在 逆变电路上的电火花消除电路消除。本技术与教学挂图配合进行演示，用三个150 200瓦灯泡作为负载，利用这三 个灯泡的亮暗变化规律即可清楚地看出逆变过程三相输出电压之间的对称变化关系。同时 对理解U/f恒定的原理一目了然。以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明图l为本技术的旋转式四齿结构斩波器结构图，其中图la为整体结构图，图lb 为展开图。图2为本技术的旋转式斩波器的电路原理图。 图3为本技术的旋转式斩波器的输出电压波形图。图4为本技术的旋转式二极结构逆变器结构图，其中图4a为整体结构图，图4b 为展开图。图5为本技术的旋转式逆变器的电路原理图。 图6为本技术的旋转式逆变器的分时间展开图和输出电压波形图。 图7为本技术的全系统的机械结构图。 图8为本技术的全系统的电路原理图。 图9为本技术的换向火花消除电路原理图。 附图说明图10为本技术的逆变主回路的桥式等效电路。具体实施方式1. 机械旋转式斩波器的实施图la为四齿结构机械旋转式斩波器的整体结构图，图lb为其展开图。图中A为用 绝缘材料制成的园柱形转轴，在其表面固定有和滑环/^联成一体的金属齿状斩波片B，在 滑环的表面有固定电刷0与其相接，在齿状斩波片的表面，有一个可在区间丄。~丄2上前 后轴向移动的电刷込与其相接，Y为斩波器的转轴。图2为斩波器电路原理图。图中E为直流电源，ZB为画成结构示意图形式的斩波器， D为单相(或三相)异步电动机，^为负载。工作时，D以固定的转速"带动ZB旋转，这时， E通过込、/^向斩波片供电，由于0位置固定，而込可在斩波片的长度区间丄。~丄2上前后轴向移动，不难理解，这是一个输出频率不变而脉冲占空比可调的可变脉宽斩波电路。 图3画出了込在斩波片的齿根部位丄2、齿中部位A、和齿尖部位Z。时的输出电压波形图，如图3中的五'、￡"、五"'所示。通过输出波形容易看出，斩波器的输出电压平均值在电源 电压五和接近于零之间连续可调。2. 机械旋转式逆变器的实施图4a为二极结构机械旋转式逆变器的整体结构图，图4b为其展开图。图中F为用绝缘材料制成的园柱形转轴，在转轴的表面相向位置上固定有两个与端滑环z/p、 // 连成一体的换向片"p、 A，在&、 /^的表面各有一个固定位置的电刷gp、么与其相接，这两个电刷就是逆变器的直流母线端，在逆变器的中间位置，有三个电刷g。、 a、 a以互差120G角的形式固定在逆变器的表面，这三个电刷就是逆变器的三相输出端。逆变器工 作时，由可变速度的机械传动装置驱动旋转，z为机械旋转式逆变器的轴和轴承。图5为逆变器的电路原理图。图中，可调电压的直流电源A通过0p、 a和H" A向zv D"共电，Y形接法的三个负载电阻及，、/ s、 / c分别接在a、 a、 a上，另外，设外部的驱动装置己在工作(图中未画出)，转速为s 。为方便对逆变器进行定量说明，将逆变器的D" Z)"和0。、込、込再改画成图6的分时间展开图。从图中可以看出，在/。 、期间，换向器处于^行的位置，此时，a处于 换向位置，込与负极换向片相联，込则与正极换向片相联；至化 /2期间，换向器旋转到^行的位置，此时，g。和込与正极换向片相接触，込仍和负极换向片相联；/2 ^期间，换向器的位置如图中&行所示，此时&和a不变，込换向……，利用电路分压原理可直接画出如图6所示的三相输出电压波形。从图中可看出三相电压波形均为与正弦波近似的 12阶梯波，且在相位上相差1200。用同样的方法很容易证明，负载电阻i ,、 i^、 i e接 成厶联接时，三个负载上的电压波仍与正弦波近似，且相位差仍为120°。 3.机械部分的整体实施图7为全系统的机械部分结构图。图中D为单相(或三相)异步电动机；ZB为斩波器， 与ZB相联的两个电刷中，^为系统电源的输入端，而込则为斩波后的脉动直流电压输出 端因而称其为调压电刷。与D、 ZB同轴刚性联接的SL是一个用金属加工而成的伞形主动 轮，其在系统中的作用有两个 一是与从动轮KL 一起组成动力传动系统，向逆变器提供 工作时所需的动力；二是配合本调速系统的调速操作机构LD以线性比例的方式同时调节电刷込和KL的轴向位置，使系统的交流输出电压保持比值^为恒定值。KL为半径固定的橡胶靠轮，其转轴HJ是一根可轴向灵活移动的花键，当KL紧靠伞轮SL旋转时，通过 花键带动逆变器YB旋转。当KL在操作机构LD的作用下沿其轴向移时，将因SL与KL之 间的作用半径发生变化而使逆变器的转速发生对应的变化。图中，0p、 a分别为逆变器 直流母线电源的正负极输入电刷；Q为输出电刷的环形绝缘支架，变频输出电刷g。、込、 "以互差120°电角度的形式固定在该支架上。4.机电系统的实施整个调速系统要最终完成变频的功能，机械部分还必须有相应的电路配合才能完成， 两者配合以后的电路原理图如图8所示(图中将斩波器和逆变器均以简化符号的形式画 出)。下面，结合图7、图8来说明其整机工作原理首先，在系统主电源开关K合上之前， 操作机构LD通过锁定装置将KL和込分别锁定在变频输出频率的最低位置￡'。和￡。上，这 时，D启动并带动装置运转，延时几秒后开关K合上，系统得电并且各单元电路开始工作； 首先ZB向电路输出幅度等于电源电压而脉宽很窄的矩形波电压，这种波形的电压经滤波 电路滤去脉动成份后在电容器C两端得到了平滑的直流电压，该电压加到逆变器的母线电 压输入电刷g,、 g"本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械式三相逆变器教学模型，其特征在于：由直流恒压源、机械旋转式斩波器、滤波电路、机械旋转式逆变器、机械联动调节机构和换向火花消除装置组成，其中驱动电机、机械旋转式斩波器、伞轮三者同轴刚性机械联结，机械联动调节机构与靠轮、电刷Ｑ２刚性机械联结，直流恒压源的正极与机械旋转式斩波器的电刷（Ｑ１）电连接，机械旋转式斩波器的电刷Ｑ２与滤波电路的输入端电连接，滤波电路的正负输出端分别与机械旋转式逆变器直流母线的正负端电连接，机械旋转式逆变器的ａ、ｂ、ｃ三个输出端分别与换向火花消除装置的ａ、ｂ、ｃ三个输入端以及负载的三个输入端并联连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢诚，邵建龙，李彬华，何春，金建辉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：实用新型
国别省市：53[中国|云南]