CN203691205U - 机械碳刷式单相变三相电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械碳刷式单相变三相电源转换装置，其包括一个转换接触器、两个换相接触器、输入同步电机、减速机、齿轮传动装置、无极变速器、输出同步电机和电容；转换接触器包括圆筒形转换定子、输入轴、输出轴、输入碳刷、输入转子、三相输出碳刷、输出转子和电导体；每个换相接触器包括圆筒形换相定子、换相轴、换相转子、换相输入碳刷、换相输出碳刷、所述导电体、所述电容，齿轮传动装置包括一个驱动齿轮、两个从动齿轮和两个传动齿轮，驱动齿轮安装在输入轴上，两个从动齿轮分别安装在两个换相轴上，驱动齿轮和两个传动齿轮相互啮合，两个传动齿轮分别与两个从动齿轮相互啮合。优点在于：结构简单，便于维护，能耗低，投资少。

Description

机械碳刷式单相变三相电源转换装置

技术领域：

本实用新型涉及一种电转换同时可以改变电频的装置，尤其涉及一种机械碳刷式单相变三相电源转换装置。

背景技术：

将单相交流电源变换成三相电源不仅在电气化铁道系统，而且在大量工业电力系统和民用连理系统上都有着广泛的需求。目前解决这一问题的方法有静止和旋转两大类。一种单相交流电变换三相交流电的装置为交流电机带动三相交流发电机来实现，另一种为先将单相交流电通过整流再逆变而得到三相交流电。

虽然这两类的单相变三相电源装置能实现电转换和变频功能，但旋转类的电转换装置有能耗大、不能做到即使切换等不足，而静止类的电转换装置有结构复杂、维护困难、投资大和能耗大等缺点。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，便于维护，能耗低，投资少，实现自动切换的机械碳刷式单相变三相电源转换装置。

本实用新型由如下技术方案实施：机械碳刷式单相变三相电源转换装置，其包括一个转换接触器、两个换相接触器、输入同步电机、减速机、齿轮传动装置、无极变速器、输出同步电机和电容；所述转换接触器包括圆筒形转换定子、输入轴、输出轴、输入碳刷、输入转子、三相输出碳刷、输出转子和电导体；在所述圆筒形转换定子的内壁上均匀排列有与所述圆筒形转换定子轴向相同的导电体，每个所述导电体与一个所述电容连接，与所述导电体数量相同的所述电容的一极相互连接；所述输入轴和所述输出轴的一端置于所述圆筒形转换定子内部，所述输入轴和所述输出轴的轴心与所述圆筒形转换定子的轴心重合；所述输入轴通过所述减速机与所述输入同步电机的电机轴连接；所述输出轴通过所述无极变速器与所述输出同步电机的电机轴连接；在所述输入轴上设有三个所述输入碳刷和所述输入转子；所述输入转子包括三根弹性输入导杆和三个输入导杆碳刷，三根所述弹性输入导杆均匀排列固定在所述输入轴上，相邻所述弹性输入导杆之间的夹角为120°；在每个所述弹性输入导杆顶端设有一个所述输入导杆碳刷，所述输入导杆碳刷与所述圆筒形转换定子内壁的所述导电体滑动接触，所述输入导杆碳刷与三个所述输入碳刷一一对应连接；在所述输出轴上设有所述三相输出碳刷和所述输出转子；所述输出转子包括三根弹性输出导杆和三个输出导杆碳刷，三根所述弹性输出导杆均匀排列固定在所述输出轴上，相邻所述弹性输出导杆之间的夹角为120°；在每个所述弹性输出导杆顶端设有一个所述输出导杆碳刷，所述输出导杆碳刷与所述圆筒形转换定子内壁的所述导电体滑动接触，所述输出导杆碳刷与所述三相输出碳刷一一对应连接；每个所述换相接触器包括圆筒形换相定子、换相轴、换相转子、换相输入碳刷、换相输出碳刷、所述导电体、所述电容，在所述圆筒形换相定子的内壁上均匀排列有与所述圆筒形换相定子轴向相同的导电体，每个所述导电体与一个所述电容连接，与所述导电体数量相同的所述电容的一极相互连接；所述换相轴一端置于所述圆筒形换相定子内部，所述换相轴的轴心与所述圆筒形换相定子的轴心重合；在所述换相轴上设有所述换相输入碳刷、所述换相输出碳刷和所述换相转子；所述换相转子包括两根弹性换相导杆和两个换相导杆碳刷，两根所述弹性换相导杆成120°夹角排列固定在所述换相轴上，在每个所述弹性换相导杆顶端设有一个所述换相导杆碳刷，所述换相导杆碳刷与所述圆筒形换相定子内壁的所述导电体滑动接触，两个所述换相导杆碳刷分别与所述换相输入碳刷和所述换相输出碳刷一一对应连接；所述齿轮传动装置包括一个驱动齿轮、两个从动齿轮和两个传动齿轮，所述驱动齿轮和两个所述从动齿轮的齿数与模数相同，所述驱动齿轮安装在所述输入轴上，两个所述从动齿轮分别安装在两个所述换相接触器的所述换相轴上，所述驱动齿轮和两个所述传动齿轮相互啮合，两个所述传动齿轮分别与两个所述从动齿轮相互啮合。

所述导电体的数量为36～1200根。

本实用新型的优点：结构简单，便于维护，能耗低，投资少，能实现单相交流电变三相交流电的同时还可以改变输出三相交流电频率，并且便于控制输出频率。能简单实现风力发电机、电厂并网等问题，同时此装置利用在电网上便可大量节省输送电线。

附图说明：

图1为本实用新型的整体结构连接示意图。

图2为转换接触器结构示意图。

图3为圆筒形转换定子的结构示意图。

图4为电容箱内电容的连接示意图。

图5为输入转子的整体示意图。

图6为输入转子的结构剖视图。

图7为输出转子的整体示意图。

图8为输出转子的结构剖视图。

图9为换相接触器结构示意图。

图10为换相转子的整体示意图。

图11为换相转子的结构剖视图。

图12为齿轮传动装置内部结构图。

转换接触器1、换相接触器2、输入同步电机3、减速机4、齿轮传动装置5、无极变速器6、输出同步电机7、圆筒形转换定子8、输入轴9、输出轴10、输入碳刷11、输入转子12、三相输出碳刷13、输出转子14、导电体15、电容16、弹性输入导杆17、输入导杆碳刷18、弹性输出导杆19、输出导杆碳刷20、圆筒形换相定子21、换相轴22、换相转子23、换相输入碳刷24、换相输出碳刷25、弹性换相导杆26、换相导杆碳刷27、驱动齿轮28、从动齿轮29、传动齿轮30、齿轮轴31、齿轮箱32、电容箱33。

具体实施方式：如图1所示，机械碳刷式单相变三相电源转换装置，其包括一个转换接触器1、两个换相接触器2、输入同步电机3、减速机4、齿轮传动装置5、无极变速器6、输出同步电机7，如图2所示，转换接触器1包括圆筒形转换定子8、输入轴9、输出轴10、输入碳刷11、输入转子12、三相输出碳刷13、输出转子14、导电体15、电容16，如图3和图4所示，在圆筒形转换定子8的内壁上均匀排列有与圆筒形转换定子8轴向相同的120根导电体15，每个导电体15与一个电容16连接，与导电体15数量相同的电容16统一放置在电容箱30中，并且电容16的一极相互连接；输入轴9和输出轴10的一端置于圆筒形转换定子8内部，输入轴9和输出轴10的轴心与圆筒形转换定子8的轴心重合；输入轴9通过减速机4与输入同步电机3的电机轴连接；输出轴10通过无极变速器6与输出同步电机7的电机轴连接；在输入轴9上设有三个输入碳刷11和输入转子12；如图5和图6所示，输入转子12包括三根弹性输入导杆17和三个输入导杆碳刷18，三根弹性输入导杆17均匀排列固定在输入轴9上，相邻弹性输入导杆17之间的夹角为120°；在每个弹性输入导杆17顶端设有一个输入导杆碳刷18，输入导杆碳刷18与圆筒形转换定子8内壁的导电体15滑动接触，输入导杆碳刷18与三个输入碳刷11一一对应连接；在输出轴10上设有三相输出碳刷13和输出转子14；如图7和图8所示，输出转子14包括三根弹性输出导杆19和三个输出导杆碳刷20，三根弹性输出导杆17均匀排列固定在输出轴10上，相邻弹性输出导杆17之间的夹角为120°；在每个弹性输出导杆19顶端设有一个输出导杆碳刷20，输出导杆碳刷20与圆筒形转换定子8内壁的导电体15滑动接触，输出导杆碳刷20与三相输出碳刷13一一对应连接；如图9所示，每个换相接触器2包括圆筒形换相定子21、换相轴22、换相转子23、换相输入碳刷24、换相输出碳刷25、导电体15、电容16，在圆筒形换相定子21的内壁上均匀排列有与圆筒形换相定子21轴向相同的120根导电体15，每个导电体15与一个电容16连接，与导电体15数量相同的电容16统一放置在电容箱30中，并且电容16的一极相互连接；换相轴22一端置于圆筒形换相定子21内部，换相轴22的轴心与圆筒形换相定子21的轴心重合；在换相轴22上设有换相输入碳刷24、换相输出碳刷25和换相转子23；如图10和图11所示，换相转子23包括两根弹性换相导杆26和两个换相导杆碳刷27，两根弹性换相导杆26成120°夹角排列固定在换相轴22上，在每个弹性换相导杆26顶端设有一个换相导杆碳刷27，换相导杆碳刷27与圆筒形换相定子21的内壁滑动接触，两个换相导杆碳刷27分别与换相输入碳刷24和换相输出碳刷25一一对应连接；如图12所示，齿轮传动装置5包括一个驱动齿轮28、两个从动齿轮29和两个传动齿轮30，驱动齿轮28和两个从动齿轮29的齿数与模数相同，驱动齿轮28安装在输入轴9上，两个从动齿轮29分别安装在两个换相接触器2的换相轴22上，驱动齿轮28和两个传动齿轮30相互啮合，两个传动齿轮30分别与两个从动齿轮29相互啮合。

工作说明：

输入同步电机3和输出同步电机7采用输入单相交流电运行。输入同步电机3通过减速机4和齿轮传动装置5带动输入轴9和换相轴22，齿轮传动装置5的输入轴9和换相轴22的转速和转向相同，输入同步电机3的转速与输入单相交流电的频率同步。输出同步电机7通过无级变速器6带动输出轴10，根据用户需求来改变无级变速器6的传动比实现不同的输出交流电频。

输入单相交流电的火线通过换相输入碳刷25连接在换相导杆碳刷27，连接同一火线的弹性换相导杆26转动时，两个弹性换相导杆26的朝向相同，换相轴22同步于输入单相交流电频率旋转，换相轴22上固定的换相导杆碳刷27在圆筒形换相定子21内接触某一个导电体15时，其换相导杆碳刷27和零线之间的电压保持一定电压。因为导电体15和电容16一一对应连接，电容16另一极接零线，所以在对应的电容16里充电。

由于圆筒形换相定子21相连的电容16有一定电压，换相轴22上的另一个换相导杆碳刷27在圆筒形换相定子21内部的某一个电导体15接触时和零线之间形成电压。由于每个电容16电压不同，换相轴22转动时换相轴上固定的换相导杆碳刷27和零线之间形成跟原输入单相交流电相差为120°的交流电。同样原理从另一个换相接触器产生跟原输入单相交流电相差为240°的交流电。

产生的两相交流电和原输入单相交流电形成三相交流电。三相交流电通过输入碳刷11连接在输入导杆碳刷18，因为输入轴9转速转向相同于其他两个换相轴22，所以输入导杆碳刷18在圆筒形转换定子8内部的某一导电体15接触时的输入导杆碳刷18和零线之间的电压保持不变，并且对应的电容里充不同电压。

圆筒形转换定子8相连的电容16有一定电压，输出轴10上的输出导杆碳刷20在圆筒形转换定子8内部的某一个电导体15接触时输出导杆碳刷20和零线之间形成电压。由于每个电容16电压不同，输出轴10转动时输出转子14上固定的三根输出导杆碳刷20之间形成三相交流电。

三根输出导杆碳刷20通过三相输出碳刷13与外界连接。最大输出交流电频率为输入单相交流电频率。

Claims (2)

1.机械碳刷式单相变三相电源转换装置，其特征在于，其包括一个转换接触器、两个换相接触器、输入同步电机、减速机、齿轮传动装置、无极变速器、输出同步电机和电容；所述转换接触器包括圆筒形转换定子、输入轴、输出轴、输入碳刷、输入转子、三相输出碳刷、输出转子和电导体；在所述圆筒形转换定子的内壁上均匀排列有与所述圆筒形转换定子轴向相同的导电体，每个所述导电体与一个所述电容连接，与所述导电体数量相同的所述电容的一极相互连接；所述输入轴和所述输出轴的一端置于所述圆筒形转换定子内部，所述输入轴和所述输出轴的轴心与所述圆筒形转换定子的轴心重合；所述输入轴通过所述减速机与所述输入同步电机的电机轴连接；所述输出轴通过所述无极变速器与所述输出同步电机的电机轴连接；在所述输入轴上设有三个所述输入碳刷和所述输入转子；所述输入转子包括三根弹性输入导杆和三个输入导杆碳刷，三根所述弹性输入导杆均匀排列固定在所述输入轴上，相邻所述弹性输入导杆之间的夹角为120°；在每个所述弹性输入导杆顶端设有一个所述输入导杆碳刷，所述输入导杆碳刷与所述圆筒形转换定子内壁的所述导电体滑动接触，所述输入导杆碳刷与三个所述输入碳刷一一对应连接；在所述输出轴上设有所述三相输出碳刷和所述输出转子；所述输出转子包括三根弹性输出导杆和三个输出导杆碳刷，三根所述弹性输出导杆均匀排列固定在所述输出轴上，相邻所述弹性输出导杆之间的夹角为120°；在每个所述弹性输出导杆顶端设有一个所述输出导杆碳刷，所述输出导杆碳刷与所述圆筒形转换定子内壁的所述导电体滑动接触，所述输出导杆碳刷与所述三相输出碳刷一一对应连接；每个所述换相接触器包括圆筒形换相定子、换相轴、换相转子、换相输入碳刷、换相输出碳刷、所述导电体、所述电容，在所述圆筒形换相定子的内壁上均匀排列有与所述圆筒形换相定子轴向相同的导电体，每个所述导电体与一个所述电容连接，与所述导电体数量相同的所述电容的一极相互连接；所述换相轴一端置于所述圆筒形换相定子内部，所述换相轴的轴心与所述圆筒形换相定子的轴心重合；在所述换相轴上设有所述换相输入碳刷、所述换相输出碳刷和所述换相转子；所述换相转子包括两根弹性换相导杆和两个换相导杆碳刷，两根所述弹性换相导杆成120°夹角排列固定在所述换相轴上，在每个所述弹性换相导杆顶端设有一个所述换相导杆碳刷，所述换相导杆碳刷与所述圆筒形换相定子内壁的所述导电体滑动接触，两个所述换相导杆碳刷分别与所述换相输入碳刷和所述换相输出碳刷一一对应连接；所述齿轮传动装置包括一个驱动齿轮、两个从动齿轮和两个传动齿轮，所述驱动齿轮和两个所述从动齿轮的齿数与模数相同，所述驱动齿轮安装在所述输入轴上，两个所述从动齿轮分别安装在两个所述换相接触器的所述换相轴上，所述驱动齿轮和两个所述传动齿轮相互啮合，两个所述传动齿轮分别与两个所述从动齿轮相互啮合。

2.根据权利要求1所述的机械碳刷式单相变三相电源转换装置，其特征在于，所述导电体的数量为36～1200根。

Images