自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统技术方案

自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统，由主电路、起励电源、双向DC‑AC‑DC组成，主电路、起励电源、双向DC‑AC‑DC相互连接；主电路结构简单，每相绕组分为两个分支并联，从而自身获得强化励磁的效果，励磁电源的蓄电池具备自动充电功能，双向DC‑AC‑DC保证了开关磁阻电机可以正向发电和反向电动运行，同时具备隔离、高频变压及高电压增益功能，反向电动运行时的交错控制方式可降低转矩脉动，该系统比较适合于需要分时段发电/电动运行的场合。

【技术实现步骤摘要】
自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统
本专利技术涉及电机系统领域，具体涉及一种发电与电动双用的开关磁阻电机功率变换器系统及其控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低廉，宽转速范围内高性能，转子上无绕组、无永磁体，可靠性高，具有广阔的应用前景。开关磁阻电机一般有2-5相绕组置于定子上，根据定转子之间凸极的相对位置决定具体通电的相绕组；当作为发电机运行时略为复杂，每相绕组工作时一般要分为励磁和发电两大阶段，励磁阶段为电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据转子相对定子位置结束励磁阶段进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出。开关磁阻电机的功率变换器直接控制各相绕组通断，是进行不同相绕组供电变流及输出电能的装置，其功率变换器主电路又是直接与相绕组相连的；业界广泛采用的功率变换器主电路为不对称半桥结构，该结构各相绕组支路互相独立，各自都有一个回路，对开关管的用量大。在开关磁阻发电机励磁控制中，励磁阶段的强化是近年来的热门研究话题，最典型诸如采用彭方正教授提出的Z源网络变换器加到励磁电源后功率变换器主电路励磁端口前，业界也有其他强化方式，诸如此类大多靠单独增加外在电路强化增加励磁电压，从而使得励磁阶段的励磁电流上升快一些、时间短一些，进而发电阶段开始前有一个更大的相电流，以及相对更宽的发电阶段区间，使得发电阶段输出电能减去励磁阶段消耗的电能的差更大，即输出功率更大，但外加强化励磁电路势必使得结构复杂，也增加了控制的复杂度，降低了可靠性。关于开关磁阻发电机起动的解决方案，业界往往在功率变换器主电路前增加一蓄电池串联二极管支路的结构解决，如果遭遇需要频繁起动的工况，那么对蓄电池的维护工作量将会加大，需要不时检测蓄电池的电量并更换蓄电池或人工给予充电，加大了运行维护成本。目前在一些领域，包括已经在应用开关磁阻电机的领域，会根据需要要求适应电动/发电双工况运行，即根据指令可以作为发电机运行，也可以根据需要转至电动机工况运行，如果在电动机和发电机运行时采用不同的功率变换器并根据需要进行切换，势必极大的增加了结构的复杂度，所以同一套功率变换器可以双向电能流动并保证电动/发电运行，将非常有前途。作为开关磁阻发电机，比如作为微电网网络中的一个发电供给装置，或者为高压负载装置供电，由于开关磁阻发电机经传统功率变换器系统直接输出的发电电压往往过低不能满足输出侧的电压要求，所以功率变换器系统中如果兼顾考虑升压功能，势必简化了结构。一机多用，一路多能，固然是业界的期待，在开关磁阻电机作为反向的电动机工况运行时，如果不需要专门电路配合，而继续依靠原功率变换器电路及其控制实现灵活的调速控制，则势必很有前途。开关磁阻电机的转矩脉动问题历来是业界的痛点，尤其对电流脉动的抑制控制是一个重要方向。
技术实现思路
根据以上的
技术介绍
，本专利技术就提出了一种简易型主电路及自强化励磁，起励蓄电池自动充电，双向高频隔离式DC/AC/DC及正向自电压高增益、反向电动交错运行降脉动等的开关磁阻电机功率变换器系统及其控制方法。本专利技术的技术方案为：自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统，由主电路、起励电源、双向DC-AC-DC组成，其技术特征是，所述主电路、所述起励电源、所述双向DC-AC-DC相互连接；主电路由第一支主电路和第二支主电路组成，其技术特征是，所述第一支主电路和所述第二支主电路并联连接；第一支主电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第一二极管阴极、所述第一开关管阳极、所述第三二极管阴极短接并作为第一支主电路即主电路正极端，所述第二开关管阴极、所述第二二极管阳极、所述第三开关管阴极短接并作为第一支主电路即主电路负极端，第一二极管阳极与第二开关管阳极以及所述第一相绕组第一支绕组一端和所述第一相绕组第二支绕组一端连接，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第四二极管阴极，第一相绕组第二支绕组另一端连接所述第五二极管阴极，第四二极管阳极和第五二极管阳极连接并与第一开关管阴极、第二二极管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阳极连接，第六二极管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第二相绕组第二支绕组一端，第二相绕组第一支绕组另一端、第二相绕组第二支绕组另一端、第三开关管阳极、第三二极管阳极连接；第二支主电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第八二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阴极短接并作为第二支主电路即主电路正极端，所述第五开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第六开关管阴极短接并作为第二支主电路即主电路负极端，第八二极管阳极与第五开关管阳极以及所述第三相绕组第一支绕组一端和所述第三相绕组第二支绕组一端连接，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第十一二极管阴极，第三相绕组第二支绕组另一端连接所述第十二二极管阴极，第十一二极管阳极和第十二二极管阳极连接并与第四开关管阴极、第九二极管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阳极连接，第十三二极管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端，第十四二极管阴极连接所述第四相绕组第二支绕组一端，第四相绕组第一支绕组另一端、第四相绕组第二支绕组另一端、第六开关管阳极、第十二极管阳极连接；起励电源由蓄电池、第十五二极管、第七开关管组成，其技术特征是，所述蓄电池正极与所述第十五二极管阳极、所述第七开关管阴极连接，第十五二极管阴极与第七开关管阳极连接并作为励磁电源正极端即主电路正极端，蓄电池负极作为励磁电源负极端即主电路负极端；双向DC-AC-DC由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第二十四开关管、第二十五开关管、第二十六开关管、第二十七开关管、第二十八开关管、第二十九开关管、第三十开关管、第三十一开关管、第三十二开关管、第三十三开关管、第三十四开关管、第三十五开关管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第二十六二极管、第二十七二极管、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一继电器、第二继电器组成，其技术特征是，所述第一电容器正极连接所述第八开关管阳极、所述第九开关管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第十六开关管阳极、所述第十七开关管阴极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阴极、所述第二十四开关管阳极、所述第二十五开关管阴极、所述第二十六开关管阳极、所述第二十七开关管阴极并连接主本文档来自技高网...

【技术保护点】
自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统，由主电路、起励电源、双向DC‑AC‑DC组成，其技术特征是，所述主电路、所述起励电源、所述双向DC‑AC‑DC相互连接；主电路由第一支主电路和第二支主电路组成，其技术特征是，所述第一支主电路和所述第二支主电路并联连接；第一支主电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第一二极管阴极、所述第一开关管阳极、所述第三二极管阴极短接并作为第一支主电路即主电路正极端，所述第二开关管阴极、所述第二二极管阳极、所述第三开关管阴极短接并作为第一支主电路即主电路负极端，第一二极管阳极与第二开关管阳极以及所述第一相绕组第一支绕组一端和所述第一相绕组第二支绕组一端连接，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第四二极管阴极，第一相绕组第二支绕组另一端连接所述第五二极管阴极，第四二极管阳极和第五二极管阳极连接并与第一开关管阴极、第二二极管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阳极连接，第六二极管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第二相绕组第二支绕组一端，第二相绕组第一支绕组另一端、第二相绕组第二支绕组另一端、第三开关管阳极、第三二极管阳极连接；第二支主电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第八二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阴极短接并作为第二支主电路即主电路正极端，所述第五开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第六开关管阴极短接并作为第二支主电路即主电路负极端，第八二极管阳极与第五开关管阳极以及所述第三相绕组第一支绕组一端和所述第三相绕组第二支绕组一端连接，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第十一二极管阴极，第三相绕组第二支绕组另一端连接所述第十二二极管阴极，第十一二极管阳极和第十二二极管阳极连接并与第四开关管阴极、第九二极管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阳极连接，第十三二极管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端，第十四二极管阴极连接所述第四相绕组第二支绕组一端，第四相绕组第一支绕组另一端、第四相绕组第二支绕组另一端、第六开关管阳极、第十二极管阳极连接；起励电源由蓄电池、第十五二极管、第七开关管组成，其技术特征是，所述蓄电池正极与所述第十五二极管阳极、所述第七开关管阴极连接，第十五二极管阴极与第七开关管阳极连接并作为励磁电源正极端即主电路正极端，蓄电池负极作为励磁电源负极端即主电路负极端；双向DC‑AC‑DC由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第二十四开关管、第二十五开关管、第二十六开关管、第二十七开关管、第二十八开关管、第二十九开关管、第三十开关管、第三十一开关管、第三十二开关管、第三十三开关管、第三十四开关管、第三十五开关管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第二十六二极管、第二十七二极管、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一继电器、第二继电器组成，其技术特征是，所述第一电容器正极连接所述第八开关管阳极、所述第九开关管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第十六开关管阳极、所述第十七开关管阴极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阴极、所述第二十四开关管阳极、所述第二十五开关管阴极、所述第二十六开关管阳极、所述第二十七开关管阴极并连接主电路正极端，第一电容器负极连接所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阳极、所述第十四开关管阴极、所述第十五开关管阳极、所述第二十开关管阴极、所述第二十一开关管阳极、所述第二十二开关管阴极、所述第二十三开关管阳极、所述第二十八开关管阴极、所述第二十九开关管阳极、所述第三十开关管阴极、所述第三十一开关管阳极并连接主电路负极端，第八开关管阴极、第九开关管阳极、第十二开关管阳极、第十三开关管阴极连接并与所述第一变压器一次侧绕组一端连接，第十开关管阴极、第十一开关管阳极、第十四开关管阳极、第十五开关管阴极连接并与第一变压器一次侧绕组另一端连接，第十六开关管阴极、第十七开...

【技术特征摘要】
1.自强励双向高压增益交错开关磁阻电机功率变换器系统，由主电路、起励电源、双向DC-AC-DC组成，其技术特征是，所述主电路、所述起励电源、所述双向DC-AC-DC相互连接；主电路由第一支主电路和第二支主电路组成，其技术特征是，所述第一支主电路和所述第二支主电路并联连接；第一支主电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组、第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第一二极管阴极、所述第一开关管阳极、所述第三二极管阴极短接并作为第一支主电路即主电路正极端，所述第二开关管阴极、所述第二二极管阳极、所述第三开关管阴极短接并作为第一支主电路即主电路负极端，第一二极管阳极与第二开关管阳极以及所述第一相绕组第一支绕组一端和所述第一相绕组第二支绕组一端连接，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第四二极管阴极，第一相绕组第二支绕组另一端连接所述第五二极管阴极，第四二极管阳极和第五二极管阳极连接并与第一开关管阴极、第二二极管阴极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阳极连接，第六二极管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第二相绕组第二支绕组一端，第二相绕组第一支绕组另一端、第二相绕组第二支绕组另一端、第三开关管阳极、第三二极管阳极连接；第二支主电路由第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第四相绕组第一支绕组、第四相绕组第二支绕组组成，其技术特征是，所述第八二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阴极短接并作为第二支主电路即主电路正极端，所述第五开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第六开关管阴极短接并作为第二支主电路即主电路负极端，第八二极管阳极与第五开关管阳极以及所述第三相绕组第一支绕组一端和所述第三相绕组第二支绕组一端连接，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第十一二极管阴极，第三相绕组第二支绕组另一端连接所述第十二二极管阴极，第十一二极管阳极和第十二二极管阳极连接并与第四开关管阴极、第九二极管阴极、所述第十三二极管阳极、所述第十四二极管阳极连接，第十三二极管阴极连接所述第四相绕组第一支绕组一端，第十四二极管阴极连接所述第四相绕组第二支绕组一端，第四相绕组第一支绕组另一端、第四相绕组第二支绕组另一端、第六开关管阳极、第十二极管阳极连接；起励电源由蓄电池、第十五二极管、第七开关管组成，其技术特征是，所述蓄电池正极与所述第十五二极管阳极、所述第七开关管阴极连接，第十五二极管阴极与第七开关管阳极连接并作为励磁电源正极端即主电路正极端，蓄电池负极作为励磁电源负极端即主电路负极端；双向DC-AC-DC由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第二十四开关管、第二十五开关管、第二十六开关管、第二十七开关管、第二十八开关管、第二十九开关管、第三十开关管、第三十一开关管、第三十二开关管、第三十三开关管、第三十四开关管、第三十五开关管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三二极管、第二十四二极管、第二十五二极管、第二十六二极管、第二十七二极管、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一继电器、第二继电器组成，其技术特征是，所述第一电容器正极连接所述第八开关管阳极、所述第九开关管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第十六开关管阳极、所述第十七开关管阴极、所述第十八开关管阳极、所述第十九开关管阴极、所述第二十四开关管阳极、所述第二十五开关管阴极、所述第二十六开关管阳极、所述第二十七开关管阴极并连接主电路正极端，第一电容器负极连接所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阳极、所述第十四开关管阴极、所述第十五开关管阳极、所述第二十开关管阴极、所述第二十一开关管阳极、所述第二十二开关管阴极、所述第二十三开关管阳极、所述第二十八开关管阴极、所述第二十九开关管阳极、所述第三十开关管阴极、所述第三十一开关管阳极并连接主电路负极端，第八开关管阴极、第九开关管阳极、第十二开关管阳极、第十三开关管阴极连接并与所述第一变压器一次侧绕组一端连接，第十开关管阴极、第十一开关管阳极、第十四开关管阳极、第十五开关管阴极连接并与第一变压器一次侧绕组另一端连接，第十六开关管阴极、第十七开关管阳极、第二十开关管阳极、第二十一开关管阴极连接并与所述第二变压器一次侧绕组一端连接，第十八开关管阴极、第十九开关管阳极、第二十二开关管阳极、第二十三开关管阴极连接并与第二变压器一次侧绕组另一端连接，第二十四开关管阴极、第二十五开关管阳极、第二十八开关管阳极、第二十九开关管阴极连接并与所述第三变压器一次侧绕组一端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冠群，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33