一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统技术方案

一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统，由三个变流支路和隔离降压DC/DC变流器组成，三个变流支路输入端并联，输出端串联，从而获得更高的电压输出，励磁强化的部分分别分布于各相绕组所在各个变流支路中，从而舍弃了单独的励磁电源，提高了系统可靠性和有效利用开关磁阻电机的优点，由于输入端电压远低于输出端串联总电压，内部各器件耐压低，同时全部开关管开关频率为中低频范围内，损耗低；本系统比较适合于各类开关磁阻发电机的变流器，尤其面对高电压负载或并网需求时。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统
本专利技术涉及发电领域，具体涉及一种采用开关磁阻发电机的高电压自强化励磁和高电压输出的变流系统及其控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低廉，转子上无绕组、无永磁体，可靠性高；作为发电机应用时，其中一相绕组不工作不影响其他相绕组的发电输出工作，容错性强，具有广阔的应用前景。近年来直流输电日益受到电力部门的重视，局域的直流电网在部分地方已初具雏形，高压、超高压、特高压直流输电及并网也在发展中，也由此衍生了越来越多的负载设备直接采用直流电源供电。开关磁阻发电机一般由3-5个相绕组置于定子上，根据定转子之间凸极和凹槽的相对位置决定通电的相绕组，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，必要时中间再引入续流阶段，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，续流阶段的引入为了满足更大的发电阶段起始电流需求。开关磁阻发电机的励磁、续流、发电都要围绕连接其绕组的变流电路的运行控制实现，没有绕组变流电路，开关磁阻发电机自然没有任何意义；考虑到多数场合下对输出侧高电压的需求，如果能够在绕组变流电路中实现升压的功能，则势必非常具有实际意义，同时，如果各开关管的耐压保持较低的水平，则更有现实意义。在诸如需要变速发电工况，或者定速但起动等工况时，励磁阶段的快速反应及发电，最大发电效能等的需要，励磁时希望根据实际工况及电能输出要求能调节励磁电压，尤其在基本速度以下区间时，希望能短时间更快速的建立励磁电流，即强化励磁能力；不过，目前已有的一些强化励磁方式，往往需要单独增加带有可控开关管的专门励磁电源实现，降低了系统的可靠性，加大了控制的复杂度，并且当励磁电源出现故障时，整台开关磁阻发电机将停机不能运行，使得本身具备发电高容错性能的开关磁阻发电机优势无法发挥出来，如果在每相绕组的变流支路内部实现强化励磁，则不存在此问题。开关磁阻发电机的励磁电源来源，他励型的稳定性好但可靠性低并加大了维护工作量；传统自励型的不存在以上问题，但电压电流波动性较大，为了降低干扰，励磁电源端施加隔离环节则能更好的抑制干扰，同时又保有他励型的优点。发电机组发电后升高电压以适应负载或者高压输电，这是发电届常见的情况，往往需要专门的升压系统实现，在开关磁阻发电机系统领域，出现有多台开关磁阻发电机发电输出后串联的模式以提高输出总电压，鉴于开关磁阻发电机各相绕组发电时的相对独立性，事实上每台开关磁阻发电机具备实现输出端串联升高电压的能力。变流系统中离不开可控开关管，开关管越少，则可靠性越高，损耗越低，控制越简单，高频开关时开关管损耗更大，业界往往需要尽量少的开关管用量，实际是能大大减少开关管工作时的开关损耗。电力电子变流系统中，开关管的开关损耗在高频开关中是一大问题，除降低了系统效率，由于频繁开关产生的大量热能不及时散掉的话，势必烧坏开关管造成更严重后果，这已经是现代电力电子工程领域的重要课题。
技术实现思路
根据以上的
技术介绍
，本专利技术就提出了开关磁阻发电机的一种各相绕组独立无开关管强化励磁、自动充电蓄电池他励、高输出电压、低耐压低开关频率开关管等的高可靠性、低成本的简易变流系统结构及其控制方法。本专利技术的技术方案为：一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统，由第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路、隔离降压DC/DC变流器组成，其技术特征是，所述第一流支路、所述第二变流支路、所述第三变流支路各自输入两端并联连接，并与所述隔离降压DC/DC变流器输出两端连接，第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路各自输出两端串联连接后输出，并与隔离降压DC/DC变流器输入两端连接；第一变流支路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一蓄电池、第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一相绕组组成，其技术特征是，所述第一开关管阳极作为第一变流支路输入正极端，第一开关管阴极连接所述第一蓄电池正极和所述第一电感一端，第一电感另一端连接所述第一二极管阳极和所述第一电容器负极，第一二极管阴极连接所述第二电感一端和所述第二电容器正极，第二电感另一端连接第一电容器正极、所述第二开关管阳极、所述第四开关管阴极、所述第三电容器负极、所述第一相绕组一端，并作为第一变流支路输出负极端，第四开关管阳极连接第一相绕组另一端、所述第三开关管阳极、所述第二二极管阳极，第二二极管阴极连接第三电容器正极，并作为第一变流支路输出正极端，第二开关管阴极、第三开关管阴极、第一蓄电池负极、第二电容器负极连接并作为第一变流支路输入负极端；第二变流支路由第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二蓄电池、第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第二相绕组组成，其技术特征是，所述第五开关管阳极作为第二变流支路输入正极端，第五开关管阴极连接所述第二蓄电池正极和所述第三电感一端，第三电感另一端连接所述第三二极管阳极和所述第四电容器负极，第三二极管阴极连接所述第四电感一端和所述第五电容器正极，第四电感另一端连接第四电容器正极、所述第六开关管阳极、所述第八开关管阴极、所述第六电容器负极、所述第二相绕组一端，并作为第二变流支路输出负极端，第八开关管阳极连接第二相绕组另一端、所述第七开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第六电容器正极，并作为第二变流支路输出正极端，第六开关管阴极、第七开关管阴极、第二蓄电池负极、第五电容器负极连接并作为第二变流支路输入负极端；第三变流支路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第三蓄电池、第五电感、第六电感、第五二极管、第六二极管、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第三相绕组组成，其技术特征是，所述第九开关管阳极作为第三变流支路输入正极端，第九开关管阴极连接所述第三蓄电池正极和所述第五电感一端，第五电感另一端连接所述第五二极管阳极和所述第七电容器负极，第五二极管阴极连接所述第六电感一端和所述第八电容器正极，第六电感另一端连接第七电容器正极、所述第十开关管阳极、所述第十二开关管阴极、所述第九电容器负极、所述第三相绕组一端，并作为第三变流支路输出负极端，第十二开关管阳极连接第三相绕组另一端、所述第十一开关管阳极、所述第六二极管阳极，第六二极管阴极连接第九电容器正极，并作为第三变流支路输出正极端，第十开关管阴极、第十一开关管阴极、第三蓄电池负极、第八电容器负极连接并作为第三变流支路输入负极端；第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池完全相同，隔离降压DC/DC变流器的输出直流电压等于第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池的额定电压，第一开关管、第五开关管、第九开关管完全相同，第一电感、第三电感、第五电感完全相同，第一电容器、第四电容器、第七电容器完全相同，第一二极管、第三二极管、第五二极管完全相同，第二电感、第四电感、第六电感完全相同，第二电容器、第五电容器、第八电容器完全相同，第二开关管、第六开关管、第十开关管完全相同，第三开关管、第七开关管、第十一开关管完全相同，第四开关管、第八开关管、第十二开关管完全相同，第二二极管、第四二极管、第六二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统，由第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路、隔离降压DC/DC变流器组成，其技术特征是，所述第一流支路、所述第二变流支路、所述第三变流支路各自输入两端并联连接，并与所述隔离降压DC/DC变流器输出两端连接，第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路各自输出两端串联连接后输出，并与隔离降压DC/DC变流器输入两端连接；第一变流支路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一蓄电池、第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一相绕组组成，其技术特征是，所述第一开关管阳极作为第一变流支路输入正极端，第一开关管阴极连接所述第一蓄电池正极和所述第一电感一端，第一电感另一端连接所述第一二极管阳极和所述第一电容器负极，第一二极管阴极连接所述第二电感一端和所述第二电容器正极，第二电感另一端连接第一电容器正极、所述第二开关管阳极、所述第四开关管阴极、所述第三电容器负极、所述第一相绕组一端，并作为第一变流支路输出负极端，第四开关管阳极连接第一相绕组另一端、所述第三开关管阳极、所述第二二极管阳极，第二二极管阴极连接第三电容器正极，并作为第一变流支路输出正极端，第二开关管阴极、第三开关管阴极、第一蓄电池负极、第二电容器负极连接并作为第一变流支路输入负极端；第二变流支路由第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二蓄电池、第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第二相绕组组成，其技术特征是，所述第五开关管阳极作为第二变流支路输入正极端，第五开关管阴极连接所述第二蓄电池正极和所述第三电感一端，第三电感另一端连接所述第三二极管阳极和所述第四电容器负极，第三二极管阴极连接所述第四电感一端和所述第五电容器正极，第四电感另一端连接第四电容器正极、所述第六开关管阳极、所述第八开关管阴极、所述第六电容器负极、所述第二相绕组一端，并作为第二变流支路输出负极端，第八开关管阳极连接第二相绕组另一端、所述第七开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第六电容器正极，并作为第二变流支路输出正极端，第六开关管阴极、第七开关管阴极、第二蓄电池负极、第五电容器负极连接并作为第二变流支路输入负极端；第三变流支路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第三蓄电池、第五电感、第六电感、第五二极管、第六二极管、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第三相绕组组成，其技术特征是，所述第九开关管阳极作为第三变流支路输入正极端，第九开关管阴极连接所述第三蓄电池正极和所述第五电感一端，第五电感另一端连接所述第五二极管阳极和所述第七电容器负极，第五二极管阴极连接所述第六电感一端和所述第八电容器正极，第六电感另一端连接第七电容器正极、所述第十开关管阳极、所述第十二开关管阴极、所述第九电容器负极、所述第三相绕组一端，并作为第三变流支路输出负极端，第十二开关管阳极连接第三相绕组另一端、所述第十一开关管阳极、所述第六二极管阳极，第六二极管阴极连接第九电容器正极，并作为第三变流支路输出正极端，第十开关管阴极、第十一开关管阴极、第三蓄电池负极、第八电容器负极连接并作为第三变流支路输入负极端；第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池完全相同，隔离降压DC/DC变流器的输出直流电压等于第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池的额定电压，第一开关管、第五开关管、第九开关管完全相同，第一电感、第三电感、第五电感完全相同，第一电容器、第四电容器、第七电容器完全相同，第一二极管、第三二极管、第五二极管完全相同，第二电感、第四电感、第六电感完全相同，第二电容器、第五电容器、第八电容器完全相同，第二开关管、第六开关管、第十开关管完全相同，第三开关管、第七开关管、第十一开关管完全相同，第四开关管、第八开关管、第十二开关管完全相同，第二二极管、第四二极管、第六二极管完全相同，第三电容器、第六电容器、第九电容器完全相同。...

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统，由第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路、隔离降压DC/DC变流器组成，其技术特征是，所述第一流支路、所述第二变流支路、所述第三变流支路各自输入两端并联连接，并与所述隔离降压DC/DC变流器输出两端连接，第一变流支路、第二变流支路、第三变流支路各自输出两端串联连接后输出，并与隔离降压DC/DC变流器输入两端连接；第一变流支路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一蓄电池、第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一相绕组组成，其技术特征是，所述第一开关管阳极作为第一变流支路输入正极端，第一开关管阴极连接所述第一蓄电池正极和所述第一电感一端，第一电感另一端连接所述第一二极管阳极和所述第一电容器负极，第一二极管阴极连接所述第二电感一端和所述第二电容器正极，第二电感另一端连接第一电容器正极、所述第二开关管阳极、所述第四开关管阴极、所述第三电容器负极、所述第一相绕组一端，并作为第一变流支路输出负极端，第四开关管阳极连接第一相绕组另一端、所述第三开关管阳极、所述第二二极管阳极，第二二极管阴极连接第三电容器正极，并作为第一变流支路输出正极端，第二开关管阴极、第三开关管阴极、第一蓄电池负极、第二电容器负极连接并作为第一变流支路输入负极端；第二变流支路由第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二蓄电池、第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第二相绕组组成，其技术特征是，所述第五开关管阳极作为第二变流支路输入正极端，第五开关管阴极连接所述第二蓄电池正极和所述第三电感一端，第三电感另一端连接所述第三二极管阳极和所述第四电容器负极，第三二极管阴极连接所述第四电感一端和所述第五电容器正极，第四电感另一端连接第四电容器正极、所述第六开关管阳极、所述第八开关管阴极、所述第六电容器负极、所述第二相绕组一端，并作为第二变流支路输出负极端，第八开关管阳极连接第二相绕组另一端、所述第七开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第六电容器正极，并作为第二变流支路输出正极端，第六开关管阴极、第七开关管阴极、第二蓄电池负极、第五电容器负极连接并作为第二变流支路输入负极端；第三变流支路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第三蓄电池、第五电感、第六电感、第五二极管、第六二极管、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第三相绕组组成，其技术特征是，所述第九开关管阳极作为第三变流支路输入正极端，第九开关管阴极连接所述第三蓄电池正极和所述第五电感一端，第五电感另一端连接所述第五二极管阳极和所述第七电容器负极，第五二极管阴极连接所述第六电感一端和所述第八电容器正极，第六电感另一端连接第七电容器正极、所述第十开关管阳极、所述第十二开关管阴极、所述第九电容器负极、所述第三相绕组一端，并作为第三变流支路输出负极端，第十二开关管阳极连接第三相绕组另一端、所述第十一开关管阳极、所述第六二极管阳极，第六二极管阴极连接第九电容器正极，并作为第三变流支路输出正极端，第十开关管阴极、第十一开关管阴极、第三蓄电池负极、第八电容器负极连接并作为第三变流支路输入负极端；第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池完全相同，隔离降压DC/DC变流器的输出直流电压等于第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池的额定电压，第一开关管、第五开关管、...

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