Abrégé

The present invention relates to an electrodynamically synchronized DC-to-AC inverter/converter system (100) that generates a near-sinusoidal output with minimal reliance on high-frequency power electronic switching. A motor-driven cyclic connector (114) sequentially connects multiple voltage stages from a battery or capacitor bank (104), forming a stepped waveform that is smoothed by a reactor (140). In standalone mode, a DC shunt motor (112DM) provides the necessary rotation; for grid-tied operations, a synchronous motor (112SM) automatically locks the output to the grid frequency. The high- current flow bypasses the motor windings, reducing switching losses, electromagnetic interference, and complex gating circuits. Protective devices (116) isolate fault conditions, while optional transformers (130) enable voltage stepping or galvanic isolation. By avoiding high-frequency gating, the invention offers robust, efficient performance for renewable energy systems and other power electronics applications. Simplicity and scalability make it ideal for industrial applications.

Classes IPC  ?

• H02P 23/04 - Dispositions ou procédés pour la commande de moteurs à courant alternatif caractérisés par un procédé de commande autre que la commande par vecteur spécialement adaptés pour amortir les oscillations des moteurs, p. ex. pour la réduction du pompage
• H02M 1/14 - Dispositions de réduction des ondulations d'une entrée ou d'une sortie en courant continu
• H02M 1/44 - Circuits ou dispositions pour corriger les interférences électromagnétiques dans les convertisseurs ou les onduleurs
• H02M 5/458 - Transformation d'une puissance d'entrée en courant alternatif en une puissance de sortie en courant alternatif, p. ex. pour changement de la tension, pour changement de la fréquence, pour changement du nombre de phases avec transformation intermédiaire en courant continu par convertisseurs statiques utilisant des tubes à décharge ou des dispositifs à semi-conducteurs pour transformer le courant continu intermédiaire en courant alternatif utilisant des dispositifs du type triode ou transistor exigeant l'application continue d'un signal de commande utilisant uniquement des dispositifs à semi-conducteurs
• H02M 7/04 - Transformation d'une puissance d'entrée en courant alternatif en une puissance de sortie en courant continu sans possibilité de réversibilité par convertisseurs statiques
• H02M 7/5387 - Transformation d'une puissance d'entrée en courant continu en une puissance de sortie en courant alternatif sans possibilité de réversibilité par convertisseurs statiques utilisant des tubes à décharge avec électrode de commande ou des dispositifs à semi-conducteurs avec électrode de commande utilisant des dispositifs du type triode ou transistor exigeant l'application continue d'un signal de commande utilisant uniquement des dispositifs à semi-conducteurs, p. ex. onduleurs à impulsions à un seul commutateur dans une configuration en pont

Abrégé

The present invention discloses a High-Voltage Direct Current (HVDC) generation system designed for efficient and cost-effective HVDC generation. The system comprises a prime mover (102), a flat-top alternating-current voltage generator (exciter) (110), and two unidirectional voltage generators (UVG-1 & UVG-2) (120 & 130), all mounted on a common shaft (104) to ensure synchronization. The prime mover (102) provides rotational motion, while a DC supply excites the field coil of the exciter (110), generating flat-top AC voltages in rotor windings-1 & 2 (116) with a 90° phase shift are supplied to the rotor coils of UVG-1 and UVG-2, which produce alternating rotating magnetic fields. These fields induce unidirectional voltages with a 180° phase shift in the stator windings (124 & 134) of UVG-1 and UVG-2, which are then connected in series to generate constant HVDC output. This innovation eliminates the need for commutation, rectification and filters, reducing the costs and harmonic issues. It offers versatility in connecting to existing HVDC-links, enhances power-transmission capacity.

Classes IPC  ?

• H02K 47/00 - Convertisseurs dynamo-électriques
• H02K 39/00 - Génératrices établies spécialement pour la production d'une onde non sinusoïdale de forme donnée
• H02K 1/22 - Parties tournantes du circuit magnétique
• H02K 23/02 - Moteurs ou génératrices à courant continu à collecteur mécaniqueMoteurs universels à collecteur pour courants alternatif et continu caractérisés par la disposition de l'excitation
• H02K 23/66 - Association structurelle à des dispositifs électriques auxiliaires agissant sur les caractéristiques de la machine ou en assurant la commande, p. ex. à des impédances ou des interrupteurs

Abrégé

The AC to DC converter system (100) revolutionizes Variable Frequency Drives (VFDs) by introducing a cost-effective and efficient design. Harnessing a rotating magnetic field strategically induces electro motive force in secondary windings (110), generating a flat-top AC voltage waveform. This inventive approach eliminates the need for numerous secondary windings (110) in the phase shift transformer, significantly cutting costs and simplifying the system architecture. The transformer, mimicking a locked-wound rotor induction motor, ensures a compact footprint. A bridge rectifier (104) enhances the system's stability, providing a reliable DC output with an extended conduction period. The system's scalability accommodates diverse power ratings, making it versatile for high-power rectifiers, VFDs, DC chargers and HVDC transmission systems. Notably, it excels in mitigating harmonics and reducing power diodes required for higher pulse rectifiers, offering a dependable and cost-efficient alternative for various power system applications.

Classes IPC  ?

• H02M 1/00 - Détails d'appareils pour transformation
• H02M 1/14 - Dispositions de réduction des ondulations d'une entrée ou d'une sortie en courant continu
• H02P 27/04 - Dispositions ou procédés pour la commande de moteurs à courant alternatif caractérisés par le type de tension d'alimentation utilisant une tension d’alimentation à fréquence variable, p. ex. tension d’alimentation d’onduleurs ou de convertisseurs
• H02M 7/04 - Transformation d'une puissance d'entrée en courant alternatif en une puissance de sortie en courant continu sans possibilité de réversibilité par convertisseurs statiques
• H02M 7/162 - Transformation d'une puissance d'entrée en courant alternatif en une puissance de sortie en courant continu sans possibilité de réversibilité par convertisseurs statiques utilisant des tubes à décharge avec électrode de commande ou des dispositifs à semi-conducteurs avec électrode de commande utilisant des dispositifs du type thyratron ou thyristor exigeant des moyens d'extinction utilisant uniquement des dispositifs à semi-conducteurs dans une configuration en pont
• B60L 15/20 - Procédés, circuits ou dispositifs pour commander la propulsion des véhicules à traction électrique, p. ex. commande de la vitesse des moteurs de traction en vue de réaliser des performances désiréesAdaptation sur les véhicules à traction électrique de l'installation de commande à distance à partir d'un endroit fixe, de différents endroits du véhicule ou de différents véhicules d'un même train pour la commande du véhicule ou de son moteur en vue de réaliser des performances désirées, p. ex. vitesse, couple, variation programmée de la vitesse
• H02P 6/08 - Dispositions pour commander la vitesse ou le couple d'un seul moteur

Abrégé

A high-voltage direct current (HVDC) generation system (100) comprises a prime mover (102), an AC generator (exciter) (104) with two separate windings producing sine and cosine wave AC voltages with a 90-degree phase shift, and two unidirectional voltage generators (UVG1 and UVG2) (106,108) mounted on a common shaft. The synchronization of UVG1 and UVG2 by the prime mover ensures the conversion of AC voltages into unidirectional voltages. The combination of these outputs, guided by the mathematical identity Sin2(θ) + Cos2(θ) = 1, results in a constant DC voltage output. This innovative approach eliminates the need for commutation techniques and offers scalability for generating DC voltages exceeding 500kV. The system to promotes synchronization, reduces waveform distortions, and includes ripple reduction mechanisms for enhanced DC voltage quality. Overall, the disclosed invention presents a comprehensive and streamlined solution for efficient HVDC generation.

Classes IPC  ?

• H02J 1/00 - Circuits pour réseaux principaux ou de distribution, à courant continu
• H02K 47/02 - Convertisseurs de courant alternatif en courant continu ou vice versa
• H02K 47/08 - Convertisseurs à un seul induit
• H02K 3/28 - Schémas d'enroulements ou de connexions entre enroulements
• H02K 23/02 - Moteurs ou génératrices à courant continu à collecteur mécaniqueMoteurs universels à collecteur pour courants alternatif et continu caractérisés par la disposition de l'excitation
• H02K 23/26 - Moteurs ou génératrices à courant continu à collecteur mécaniqueMoteurs universels à collecteur pour courants alternatif et continu caractérisés par les enroulements d'induits