直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统技术方案

直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统，由九个二极管、九个开关管、三相绕组、四个电容器、三个电感组成，在各相绕组励磁和发电作业的同时自然升高发电电压值，通过第五开关管(第一相绕组，其他对应)进一步可获得连续变化的发电电压，通过第九开关管这个唯一的开关管并且无需隔离环节的前提下获得可连续变化的励磁电压，并直接参与发电输出，同时舍弃了蓄电池，兼顾强化励磁设计，基于以上，不但解决了发电电压依靠自身变流系统连续调节的问题，而且使励磁电压直接对输出发电电压产生影响，可控性进一步增强，以简易的结构和控制，极大提升了系统的灵活性和适应性；适用于各类小功率紧凑型高速开关磁阻发电机系统领域应用。

The current transformation system of switched reluctance generator without isolation

The current transformation system of a switched reluctance generator without isolation is composed of nine diodes, nine switch tubes, three-phase windings, four capacitors and three inductors. It can raise the generation voltage naturally while the excitation and generation of each phase winding are carried out. Through the fifth switch tube (the first phase winding, other corresponding), the generation voltage can be continuously changed Through the ninth switch, which is the only switch and does not need isolation link, it can obtain continuously variable excitation voltage and directly participate in power generation output. At the same time, it abandons the battery and takes into account the enhanced excitation design. Based on the above, it not only solves the problem that the generation voltage depends on its own converter system for continuous regulation, but also makes the excitation voltage directly affect the output generation voltage With simple structure and control, it greatly improves the flexibility and adaptability of the system. It is suitable for all kinds of small power compact high-speed SRG system applications.

【技术实现步骤摘要】
直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统
本专利技术涉及开关磁阻电机系统领域，具体涉及一种直接抬升发电电压、发电电压可调、励磁电压可调、无隔离环节无蓄电池共地的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法。
技术介绍
在各主流电机中，开关磁阻电机结构最简单、最坚固，转子上无绕组和导条散热最方便，从而成本理应最低，理应具有广阔的应用前景，包括作为发电机使用，相对永磁同步发电机，成本降低很多，但是，当前对其的研究、应用发展确较为缓慢，关键原因在于其变流系统不成熟，尚未达到大规模定型应用的程度，尤其作为发电机应用时，可见变流系统在开关磁阻发电机系统中的核心地位。开关磁阻发电机运行时，各相绕组独立根据定转子相对位置信息通电分时运行，容错性好，但目前业界的变流系统，可控性较差是阻碍其发展的因素之一，尤其是除了开关角和低速时绕组电流变量外，其余诸如发电电压和励磁电压，往往不能通过自身变流系统调节，而输入的励磁电压、输出的发电电压却是关键性能参量，因此，极大的阻碍了其最大功率跟踪输出、发电效率效益的提高等，尤其在风电等强调发电效率和效益的新能源领域，极大的阻碍了开关磁阻发电机系统的应用，目前变励磁电压的变流系统业界出现了一些，但要么调节区间过窄，要么与发电电压无法完全解耦，干扰大，或者有些没有以上问题，但需要隔离变压器、多个开关管等较为复杂的变励磁电路系统，而依靠开关磁阻发电机变流系统调节发电电压，目前业界出现的非常少，有个别概念被提出过，但要么无法深入验证，要么变化范围有限，变化方式单一，并且往往需要专门的变流结构及其控制才能实现。目前应用的多数开关磁阻发电机系统中，用户即负载侧所需电压往往高于传统开关磁阻发电机直接输出的电压，从而需要专门的升压装置和控制系统，开关磁阻发电机的变流系统仅仅进行自身的励磁和发电输出作业，整个系统结构复杂，这也是阻碍开关磁阻发电机系统应用的问题之一，电力电子系统过于复杂，可靠性势必较低，成本高，尤其再考虑到隔离、变压器等装置的大量使用，体积、重量等占地面积大，极大的影响系统的应用领域扩展。所以说，复合化的、小体积、低成本的变流系统一定是开关磁阻发电机系统的发展方向。为了增强开关磁阻发电机的发电能力，强化励磁能力为业界所肯定，因为励磁阶段能快速建立绕组电流，则势必为发电阶段争取更多时间和空间，对增强发电能力极有必要，同样地，复合并且简易结构和控制的强化励磁一定是发展趋势。蓄电池是常见于开关磁阻发电机变流系统中的，一般作为励磁电源，但蓄电池作为励磁电源往往意味着励磁电压固定，励磁电压无法作为调节变量使用，要么再增加变流电路和控制实现变励磁电压，所以，降低了系统的灵活性和适应性，增加了体积重量和维护成本，但其优点是干扰小，励磁稳定，所以，在小功率尤其高密度紧凑型应用场合应用的话，取消蓄电池但还能获得稳定励磁并且最好是可变励磁的变流系统也一定是有实际意义的。
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通过开关磁阻发电机自身变流器直接抬升输出发电电压、直接可调节发电电压大小，以及变励磁电压输入并直接干预发电电压输出，并且无需隔离环节和蓄电池的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法，适用于各类小功率紧凑型高速开关磁阻发电机系统领域应用。本专利技术的技术方案为：直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：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、第八二极管、第九二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电感、第二电感、第三电感，所述第一二极管阴极连接所述第一开关管阴极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四开关管阳极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第一相绕组第一支绕组一端，第三二极管阴极连接所述第五开关管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第一支绕组另一端连接第五开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第一相绕组第二支绕组另一端、所述第六二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端、所述第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端、所述第二二极管阳极、所述第八开关管阳极、所述第一电感一端，第三开关管阴极连接所述第五二极管阳极、所述第二相绕组第一支绕组一端，第五二极管阴极连接所述第六开关管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端，第二相绕组第一支绕组另一端连接第六开关管阳极、第六二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第七二极管阳极、所述第三相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第七开关管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端，第三相绕组第一支绕组另一端连接第七开关管阳极、第八二极管阳极，第一二极管阳极连接所述第四电容器一端、所述第三电感一端，第四电容器另一端连接所述第一电容器一端、第八开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第二电容器一端，第一电容器另一端连接第一开关管阳极、第二二极管阴极，第二电容器另一端连接第一电感另一端、所述第九开关管阳极、所述第二电感一端，第九开关管阴极连接所述第三电容器一端、第三电感另一端，第三电容器另一端连接第二电感另一端、第九二极管阴极；第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组组成第一相绕组，第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成第二相绕组，第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组组成第三相绕组；第二电容器两端为发电输出两端；第四电容器两端为励磁输入两端；第一电容器的额定电压大于第四电容器两端的最大励磁电压。直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当所述第一相绕组需投入工作时，闭合第一开关管、第二开关管、第八开关管，进入励磁阶段，根据转子位置信息当励磁阶段结束时，断开第一开关管、第八开关管，进入发电阶段，此阶段又分为三种模式，一是第五开关管闭合高压模式，二是第五开关管PWM中压模式，三是第五开关管断开低压模式，具体模式选择及第二模式时PWM占空比大小根据对输出端发电电压的要求决定，根据转子位置信息发电阶段结束时，断开第二开关管、第五开关管，第一相绕组工作结束；根据转子位置信息，所述第二相绕组、所述第三相绕组需投入工作时，工作模式与第一相绕组相同，其中：第三开关管、第四开关管对应第二开关管，第六开关管、第七开关管对应第五开关管；开关磁阻发电机运行中，第九开关管始终按照PWM模式开关工作，其占空比大小由对第四电容器两端电压即励磁电压的要求决定。本专利技术的技术效果主要有：(1)本专利技术的励磁与发电变流结构，同时兼顾了输出发电电压相对励磁电压的极大跃升能力，从而简化了后续升压环节，提高了可靠性降低了成本，简化了控制复杂度。(2)除如上所述直升压输出，更可通过对第五开关管(第一相绕组M工作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：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、第八二极管、第九二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电感、第二电感、第三电感，所述第一二极管阴极连接所述第一开关管阴极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四开关管阳极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第一相绕组第一支绕组一端，第三二极管阴极连接所述第五开关管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第一支绕组另一端连接第五开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第一相绕组第二支绕组另一端、所述第六二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端、所述第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端、所述第二二极管阳极、所述第八开关管阳极、所述第一电感一端，第三开关管阴极连接所述第五二极管阳极、所述第二相绕组第一支绕组一端，第五二极管阴极连接所述第六开关管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端，第二相绕组第一支绕组另一端连接第六开关管阳极、第六二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第七二极管阳极、所述第三相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第七开关管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端，第三相绕组第一支绕组另一端连接第七开关管阳极、第八二极管阳极，第一二极管阳极连接所述第四电容器一端、所述第三电感一端，第四电容器另一端连接所述第一电容器一端、第八开关管阴极、所述第九二极管阳极、所述第二电容器一端，第一电容器另一端连接第一开关管阳极、第二二极管阴极，第二电容器另一端连接第一电感另一端、所述第九开关管阳极、所述第二电感一端，第九开关管阴极连接所述第三电容器一端、第三电感另一端，第三电容器另一端连接第二电感另一端、第九二极管阴极；/n第一相绕组第一支绕组、第一相绕组第二支绕组组成第一相绕组，第二相绕组第一支绕组、第二相绕组第二支绕组组成第二相绕组，第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组组成第三相绕组；第二电容器两端为发电输出两端；第四电容器两端为励磁输入两端；第一电容器的额定电压大于第四电容器两端的最大励磁电压。/n...

【技术特征摘要】
1.直升压变发电电压变励磁无隔离的开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：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、第八二极管、第九二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电感、第二电感、第三电感，所述第一二极管阴极连接所述第一开关管阴极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四开关管阳极，第二开关管阴极连接所述第三二极管阳极、所述第一相绕组第一支绕组一端，第三二极管阴极连接所述第五开关管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第一支绕组另一端连接第五开关管阳极、所述第四二极管阳极，第四二极管阴极连接第一相绕组第二支绕组另一端、所述第六二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端、所述第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端、所述第二二极管阳极、所述第八开关管阳极、所述第一电感一端，第三开关管阴极连接所述第五二极管阳极、所述第二相绕组第一支绕组一端，第五二极管阴极连接所述第六开关管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端，第二相绕组第一支绕组另一端连接第六开关管阳极、第六二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第七二极管阳极、所述第三相绕组第一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第七开关管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端，第三相绕组第一支绕组另一端连接第七开关管阳极、第八二极管阳极，第一二极管阳极连接所述第四电容器一端、所述第三电感一端，第四电容器另一端连接所...

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