一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源制造技术

本发明专利技术公开了一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源，包括电池(101)、控制器(102)、无刷直流电机(103)、惯量飞轮(104)、正弦波永磁发电机(105)、正弦波信号输出接口(106)，电池(101)与控制器(102)电气相连，控制器(102)与无刷直流电机(103)电气相连，无刷直流电机(103)、惯量飞轮(104)与正弦波永磁发电机(105)共轴，正弦波永磁发电机(105)与信号输出接口(106)电气相连。本发明专利技术能够降低便携式交流电源的输出信号在负载变动下的失真；能够减少便携式交流电源的输出信号的电流谐波。少便携式交流电源的输出信号的电流谐波。少便携式交流电源的输出信号的电流谐波。

【技术实现步骤摘要】
一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源


[0001]本专利技术属于电源领域，具体涉及一种高精密交流电源。

技术介绍

[0002]目前，便携式交流电源是基于内部电池提供的直流电源通过斩波获得正弦波信号。但是，这种方式获取的正弦信号存在两个问题。一是受限于电池和开关器件的电流限制，信号负载发生较大波动时会出现信号失真；二是斩波方式获得的信号本身即存在较多的电流谐波，对负载有不利影响。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决便携式交流电源信号失真以及谐波问题，提出一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源。
[0004]技术方案：为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0005]一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源，包括：电池、控制器、无刷直流电机、惯量飞轮、正弦波永磁发电机、正弦波信号输出接口，其中电池与控制器电气相连，控制器与无刷直流电机电气相连，无刷直流电机、惯量飞轮与正弦波永磁发电机共轴连接，正弦波永磁发电机与信号输出接口电气相连。
[0006]电池通过控制器驱动无刷直流电机以固定转速旋转，同时带动惯量飞轮与正弦波永磁发电机以相同的转速旋转，正弦波永磁发电机通过信号输出接口输出三相正弦波信号。
[0007]当信号输出接口接入负载发生较大波动时，无刷直流电机、惯量飞轮与正弦波永磁发电机的机械惯量与电池和控制器共同提供电气惯量，维持正弦信号的稳定。
[0008]其中，正弦波永磁发电机(105)采用内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制策略和/或直接转矩控制策略。通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合，或者将高频信号注入法和模型参考自适应法相结合中的一种或两种，估算转子位置，使用矢量控制方法对电机进行控制，根据磁阻最小原理，利用磁引力拉动转子旋转。
[0009]有益效果：本专利技术基于无刷直流电机、惯量飞轮与正弦波永磁发电机共轴连接的设计，利用飞轮储能来抑制电气负载波动所产生的机械波动，降低输出信号在负载变动下的失真；利用正弦波永磁发电机，通过电机内线圈切割磁场产生输出的正弦波信号，能够减少便携式交流电源的输出信号的电流谐波。
附图说明
[0010]图1为根据本专利技术实施例的高精密正弦波电源结构框图；
[0011]图2为根据本专利技术实施例的表面式转子的永磁电机结构示意图；
[0012]图3为根据本专利技术实施例的嵌入式转子的永磁电机结构示意图；
[0013]图4为根据本专利技术实施例的内置式转子的永磁电机结构示意图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术的技术方案。
[0015]现有的便携式交流电源是基于内部电池提供的直流电源通过斩波获得正弦波信号。但是，这种方式获取的正弦信号存在两个问题。一是受限于电池和开关器件的电流限制，信号负载发生较大波动时会出现信号失真；二是斩波方式获得的信号本身即存在较多的电流谐波，对负载有不利影响。
[0016]为了解决便携式交流电源信号失真以及谐波问题，本专利技术提出一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源，参照图1，本专利技术提出的一种高精密正弦波电源包括电池101、控制器102、无刷直流电机103、惯量飞轮104、正弦波永磁发电机105、正弦波信号输出接口106，电池101与控制器102电气相连，控制器102与无刷直流电机103电气相连，无刷直流电机103、惯量飞轮104与正弦波永磁发电机105共轴连接，正弦波永磁发电机105与信号输出接口106电气相连。
[0017]该电源装置工作时，电池101通过控制器102驱动无刷直流电机103以固定转速旋转，同时通过刚性轴连接带动惯量飞轮104与正弦波永磁发电机105以相同的转速旋转，惯量飞轮104存储动能，正弦波永磁发电机105通过信号输出接口106输出三相正弦波信号。
[0018]当信号输出接口106接入负载发生较大波动时，这种电气负载波动通过发电机105转化为机械波动，并通过刚性轴连接传递至无刷直流电机103和惯量飞轮104，惯量飞轮104基于自身的转动惯量抑制机械波动，同时在控制器102的控制与电池101的电量供应下，无刷直流电机103也会抑制这种机械波，无刷直流电机103、惯量飞轮104与正弦波永磁发电机105的机械惯量与电池101和控制器102共同提供电气惯量，从而实现维持106输出的正弦信号的稳定。
[0019]永磁同步电机一般分为两类，一类用正弦波电流供电的正弦波永磁同步电机，简称PMSM，另一类是采用方波电流供电的无刷直流电机，简称BLDCM。前者转矩更为平稳，控制特性更加平滑，后者功率密度更大。永磁同步电机利用了高性能永磁材料提供励磁，给定功率下，其体积可以做到较小，更适合便携式电源。其还具有转子无励磁绕组，无转子铜耗，效率高的优点，同时转子转动惯量小，动态性能也好。在本专利技术提供的电源装置中，利用无刷直流电机103功率密度大的特点，通过无刷直流电机103的转动，带动惯量飞轮104和正弦波永磁发电机105进行同步旋转，正弦波永磁发电机105输出的正弦波信号通过电机内线圈切割磁场产生的，与斩波方式获取的正弦波相比，电流谐波极小。
[0020]在本专利技术中，正弦波永磁同步电动机的定子绕组采用三相对称的正弦分布绕组，或转子采用特殊形状的永磁体以确保气隙磁密沿空间呈正弦分布。这样，当电动机恒速运行时，定子三相绕组所感应的电势则为正弦波，正弦波永磁同步电动机由此而得名。参照图2至图4，转子结构有表面式、嵌入式、内置式三种基本形式。其中，图2所示为表面式转子结构，a)中永磁体为瓦片形，通过环氧树脂直接粘贴在转子铁芯表面，b)中永磁体为一整体的圆环形。图3中所示为嵌入式转子结构，永磁体嵌装在转子铁芯表面的槽中。图4所示为内置式转子结构，其中a)为永磁体径向充磁，b)为永磁体横向充磁。为产生正弦波感应电动势，在设置时应使气隙磁密尽可能呈正弦分布。例如，图2中表面式结构，转子磁钢表面抛物线形，采用平行充磁方式，定子用短距分布绕组或正弦绕组，来最大限度地抑制磁场对感应电动势波形的影响。
[0021]典型的正弦波永磁同步电动机是一种机电一体化电机，它不仅包括电机本身，而且还涉及位置传感器、电力电子变流器以及驱动电路等。位置传感器有旋转变压器、光电编码器等，用于获得转子的位置信息。但这些位置传感器的使用使得成本增加，而且降低了系统可靠性。因此，内置式永磁同步电机无位置传感器(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)矢量控制系统近年来成为研究的热点和重点。根据使用速度范围，现有内置式永磁同步电机无位置传感器控制方法可以有：适用于低速运行的控制方法，如高频注入法、齿槽谐波法等；适用于中高速运行的控制方法，如模型参考自适应法、滑模观测器法等。为了实现全速度范围内无位置传感器控制，可以将这两种方法进行结合，例如，在本专利技术的一种实现方式中，正弦波永磁同步电动机103的控制策略是通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合，在无位置传感器IPMSM闭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成飞轮储能的高精密正弦波电源，其特征在于，包括：电池(101)、控制器(102)、无刷直流电机(103)、惯量飞轮(104)、正弦波永磁发电机(105)、正弦波信号输出接口(106)，电池(101)与控制器(102)电气相连，控制器(102)与无刷直流电机(103)电气相连，无刷直流电机(103)、惯量飞轮(104)与正弦波永磁发电机(105)共轴连接，正弦波永磁发电机(105)与信号输出接口(106)电气相连。2.根据权利要求1所述的集成飞轮储能的高精密正弦波电源，其特征在于，电池(101)通过控制器(102)驱动无刷直流电机(103)以固定转速旋转，同时带动惯量飞轮(104)与正弦波永磁发电机(105)以相同的转速旋转，正弦波永磁发电机(105)通过信号输出接口(106)输出三相正弦波信号。3.根据权利要求1所述的集成飞轮储能的高精密正弦波电源，其特征在于，当信号输出接口(106)接入负载发生较大波动时，无刷直流电机(103)、惯量飞轮(104)与正弦波永磁发电机(105)的机械惯量与电池(101)和控制器(102)共同提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天奎，史明明，杨景刚，方鑫，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：