一种变励磁高升压双馈开关磁阻发电机变流系统技术方案

一种变励磁高升压双馈开关磁阻发电机变流系统，其由蓄电池、十三个开关管、三相绕组、十七个二极管、十一个电容器、两个耦合电抗器、三个电抗器、双向直流隔离变压器组成，虽然蓄电池恒压输出给各相绕组励磁，但在第四开关管和第五开关管的三模式下，解决了蓄电池励磁时绕组实际励磁电压和电流变化可调的问题，并自然强励，发电阶段直升压后，再经第六开关管和第七开关管的调节进一步实现了更高电压输出并可调；同一套电路，即可给蓄电池自动充电，又能反向将蓄电池电能馈能输出，实现双馈，并且大小可调，系统各类吸收、保护、软开关等一应俱全，器件电压应力远小于输出发电电压值；适用于各类动力驱动下变速恒速开关磁阻发电机系统领域应用。

【技术实现步骤摘要】
一种变励磁高升压双馈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，具体涉及一种可变励磁电压电流及充电电压、高发电电压输出并可调、可将励磁电源电能反向馈能的高效率低应力高可靠性开关磁阻发电机变流系统及其控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机作为一种结构及其简单、成本低、容错性强、散热方便可靠性高等明显优点的电机，越来越受到业界重视。开关磁阻发电机与主流发电机相比，同样具备一定的优势，但其变流系统的发展较为缓慢。开关磁阻发电机运行中各相绕组根据定转子相对位置关系分别分时投入工作，每相绕组工作时又分为励磁和发电两大阶段，并分时进行，励磁阶段吸收电能，发电阶段发出电能，只有当发出电能明显大于吸收电能，才有意义，而为了尽可能多的发出电能，就需要励磁阶段尽快建立起励磁电流，并且用尽量短的时间，以便留给发电阶段更多时间，所以，强化励磁能力具有重要意义。传统开关磁阻发电机系统运行中，控制变量一般为开关角和励磁电流，励磁电流一般采用斩波方式，并且仅限于低速运行时，所以励磁电压作为变量被提了出来，但最终还是要调节励磁电流，并且，对励磁的调节如果能平滑连续可调，调节范围又宽，过程中不浪费电能，则势必属于较大的技术进步。一般来说，用户侧即负载侧或者电网侧所需的电源电压远远大于发电机直接输出的电压，这就需要专门的升压环节装置，如果将升压环节集成到开关磁阻发电机变流系统当中去，则势必具有重要意义。输出的发电电压需要高电压，但业界往往忽略另一个发展机遇，根据开关磁阻发电机数学模型，运动电动势和发电电压之间的关系直接牵涉到发电阶段绕组电流的变化趋势，即直接关系到发电输出电功率大小，不言而喻，这非常重要，但是，运动电动势和发电机转速直接相关，在一些诸如变速风力发电等场合，转速经常被迫改变，如果发电电压不变，则势必极大影响到发电输出能力或限缩发电范围，降低发电效率和效益，而如果发电电压成为一个变量，则完全不同，瞬间增加了灵活性和适应性，具有重大意义，另一方面，发电电压的可调节，也对负载侧带来机遇，譬如某些负载或者网络需要调节发电电压以适应它的需要时，总之，可调的发电电压是有重要意义的。根据开关磁阻发电机数学模型和运行原理，发电阶段结束时，如果该相绕组中电流没有及时降至零，则势必在接下来进入了电动工况区域，使得发电效率下降，一般来说，由于此时绕组电感低，根据开关磁阻发电机平衡方程，绕组电流会自然快速下降，但不能保证进入电动工况区域时一定降至零，所以，这就为变流系统提出了问题，如何更严格的控制电流使其严格降至零。在开关磁阻发电机变流系统中，必须用到开关管，往往是全控型电力电子开关器件，对这些器件的保护往往必不可少，尤其是缓冲吸收的功能，而这些功能往往伴随着电能的损失，当然，如果将这些缓冲吸收的能量也能释放出去至发电输出端，则势必提高了系统发电效率；还有，开关管的尤其高频开关时降低损耗问题，即软开关的实现，也是提高效率和可靠性的重要方式；对于需要开关磁阻发电机输出高电压的变流装置，当中的开关管的电压应力问题也是大问题，如果电压应力过大，势必需要增加串联开关管数量，甚至无法选择开关管等问题，增加了变流系统成本和复杂度，甚至遇到瓶颈。采用蓄电池作为开关磁阻发电机的励磁电源有明显优点，干扰小，但蓄电池电能耗尽后的问题就显现出来，如果采用自励模式，尤其利用输出电压变换后给励磁蓄电池自动充电，则具有相当的意义，因为兼顾了自励和他励的优点；基于蓄电池的存在，再结合来自于风电领域的双馈概念和现实问题，譬如输出侧负载过大引起电压短时骤降问题，如果无法穿越该故障问题，系统可能会瘫痪，此时需要更多电能的提供，而蓄电池如果存有电能的情况下，如果利用起来，反馈输出，则一定具有重大意义，当然，为了适应充电也好，还是反向馈能也好，受电端往往有最优需求，也就是说，可调节的充电变换和反馈调节势必更提高整个系统的适应性和可控灵活性。
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非开关自然强励及可变励磁电压、可变励磁电流、可变励磁充电电压、可变发电电压、直接高发电电压输出、自动充电并且可反向可调式馈能的高效率低应力高可靠性的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法，适用于各类动力驱动下变速恒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：一种变励磁高升压双馈开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：蓄电池、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、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、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、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十电容器、第十一电容器、第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组、第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组、第三电抗器、第四电抗器、第五电抗器、双向直流隔离变压器，所述蓄电池正极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四电抗器一端、所述第五电抗器一端，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二二极管阳极、所述第三二极管阳极，第一二极管阴极连接第二二极管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端、所述第四二极管阳极，第二相绕组第一支绕组另一端连接所述第五二极管阳极、所述第六二极管阳极，第四二极管阴极连接第五二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端、所述第七二极管阳极，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第八二极管阳极、所述第九二极管阳极，第七二极管阴极连接第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第二支绕组另一端连接第三二极管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端、第六二极管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端、第九二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第五开关管阳极、所述第一电容器一端、所述第二电容器一端，第五开关管阴极连接蓄电池负极、所述第十一二极管阴极、所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阴极，第十二极管阴极连接第一电容器另一端、所述第一耦合电抗器一次侧绕组同名端、所述第二耦合电抗器一次侧绕组同名端，第一耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第六开关管阳极、所述第十四二极管阳极、所述第七电容器一端、所述第八电容器一端，第二耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第七开关管阳极、所述第五电容器一端、所述第六电容器一端，第六开关管阴极连接第七开关管阴极、第十一二极管阳极、第二电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变励磁高升压双馈开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：蓄电池、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、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、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、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十电容器、第十一电容器、第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组、第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组、第三电抗器、第四电抗器、第五电抗器、双向直流隔离变压器，所述蓄电池正极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四电抗器一端、所述第五电抗器一端，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二二极管阳极、所述第三二极管阳极，第一二极管阴极连接第二二极管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端、所述第四二极管阳极，第二相绕组第一支绕组另一端连接所述第五二极管阳极、所述第六二极管阳极，第四二极管阴极连接第五二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端、所述第七二极管阳极，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第八二极管阳极、所述第九二极管阳极，第七二极管阴极连接第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第二支绕组另一端连接第三二极管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端、第六二极管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端、第九二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第五开关管阳极、所述第一电容器一端、所述第二电容器一端，第五开关管阴极连接蓄电池负极、所述第十一二极管阴极、所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阴极，第十二极管阴极连接第一电容器另一端、所述第一耦合电抗器一次侧绕组同名端、所述第二耦合电抗器一次侧绕组同名端，第一耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第六开关管阳极、所述第十四二极管阳极、所述第七电容器一端、所述第八电容器一端，第二耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第七开关管阳极、所述第五电容器一端、所述第六电容器一端，第六开关管阴极连接第七开关管阴极、第十一二极管阳极、第二电容器另一端、所述第十五二极管阴极，第十四二极管阴极连接第五电容器另一端、所述第十七二极管阳极，第六电容器另一端连接第十五二极管阳极、所述第十六二极管阴极，第十六二极管阳极连接第七电容器另一端、所述双向直流隔离变压器输入负极端，第八电容器另一端连接第十七二极管阴极、所述第三电容器一端、所述第十二二极管阳极，第十二二极管阴极连接所述第十三二极管阳极、所述第一耦合电抗器二次侧绕组同名端，第三电容器另一端连接所述第四电容器一端、所述第二耦合电抗器二次侧绕组同名端，第一耦合电抗器二次侧绕组另一端连接第二耦合电抗器二次侧绕组另一端，第十三二极管阴极连接第四电容器另一端、双向直流隔离变压器输入正极端，双向直流隔离变压器输出正极端连接所述第九电容器一端、所述第八开关管阳极、所述第十开关管阳极，第九电容器另一端连接第十三开关管阳极、第五电抗器另一端、所述第十电容器一端，第八开关管阴极连接所述第九开关管阳极、所述第十一电容器一端，第十开关管阴极连接第十二开关管阳极、第四电抗器另一端、所述第十一开关管阳极、所述第三电抗器一端，第三电抗器另一端连接第十一电容器另一端，第十一开关管阴极连接第九开关管阴极、第十电容器另一端、双向直流隔离变压器输出负极端；/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；第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组组成第一耦合电抗器，第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组组成第二耦合电抗器，第一耦合电抗器和第二耦合电抗器的结构相同、变比相等：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、第十三开关管均为带有反并联二极管的全控型电力电子开关器件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变励磁高升压双馈开关磁阻发电机变流系统，其特征是，包括：蓄电池、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、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、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、第三相绕组第一支绕组、第三相绕组第二支绕组、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、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十电容器、第十一电容器、第一耦合电抗器一次侧绕组、第一耦合电抗器二次侧绕组、第二耦合电抗器一次侧绕组、第二耦合电抗器二次侧绕组、第三电抗器、第四电抗器、第五电抗器、双向直流隔离变压器，所述蓄电池正极连接所述第一开关管阳极、所述第二开关管阳极、所述第三开关管阳极、所述第四电抗器一端、所述第五电抗器一端，第一开关管阴极连接所述第一相绕组第一支绕组一端、所述第一二极管阳极，第一相绕组第一支绕组另一端连接所述第二二极管阳极、所述第三二极管阳极，第一二极管阴极连接第二二极管阴极、所述第一相绕组第二支绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二相绕组第一支绕组一端、所述第四二极管阳极，第二相绕组第一支绕组另一端连接所述第五二极管阳极、所述第六二极管阳极，第四二极管阴极连接第五二极管阴极、所述第二相绕组第二支绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三相绕组第一支绕组一端、所述第七二极管阳极，第三相绕组第一支绕组另一端连接所述第八二极管阳极、所述第九二极管阳极，第七二极管阴极连接第八二极管阴极、所述第三相绕组第二支绕组一端，第一相绕组第二支绕组另一端连接第三二极管阴极、第二相绕组第二支绕组另一端、第六二极管阴极、第三相绕组第二支绕组另一端、第九二极管阴极、所述第四开关管阳极、所述第十二极管阳极，第四开关管阴极连接所述第五开关管阳极、所述第一电容器一端、所述第二电容器一端，第五开关管阴极连接蓄电池负极、所述第十一二极管阴极、所述第十二开关管阴极、所述第十三开关管阴极，第十二极管阴极连接第一电容器另一端、所述第一耦合电抗器一次侧绕组同名端、所述第二耦合电抗器一次侧绕组同名端，第一耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第六开关管阳极、所述第十四二极管阳极、所述第七电容器一端、所述第八电容器一端，第二耦合电抗器一次侧绕组另一端连接所述第七开关管阳极、所述第五电容器一端、所述第六电容器一端，第六开关管阴极连接第七开关管阴极、第十一二极管阳极、第二电容器另一端、所述第十五二极管阴极，第十四二极管阴极连接第五电容器另一端、所述第十七二极管阳极，第六电容器另一端连接第十五二极管阳极、所述第十六二极管阴极，第十六二极管阳极连接第七电容器另一端、所述双向直流隔离变压器输入负极端，第八电容器另一端连接第十七二极管阴极、所述第三电容器一端、所述第十二二极管阳极，第十二二极管阴极连接所述第十三二极管阳极、所述第一耦合电抗器二次侧绕组同名端，第三电容器另一端连接所述第四电容器一端、所述第二耦合电抗器二次侧绕组同名端，第一耦合电抗器二次侧绕组另一端连接第二耦合电抗器二次侧绕组另一端，第十三二极管阴极连接第四电容器另一端、双向直流隔离变压器输入正极端，双向直流隔离变压器输出正极端连接所述第九电容器一端、所述第八...

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