一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，包括：双反激功率变换器、双绕组开关磁阻脉冲发电机、电机控制系统、励磁电源、脉冲负载和原动机。本发明专利技术是一种体积较小、结构简单、低成本、环境适应性好的新型脉冲源，在恶劣环境下使用寿命长、维护成本低，对原动机的输入质量要求低；双绕组开关磁阻脉冲发电机起始功率和能量直接来自原动机，省去了大量的中间环节，有利于提高脉冲源的能量转化效率和装置的小型化和集成化；开关磁阻脉冲发电机结构拓扑、变换器拓扑及控制策略灵活，在供电负载类型变化、随机开路等工况复杂的情况下有较好的适应性，能够满足脉冲功率技术的工业应用需求。应用需求。应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统


[0001]本专利技术涉及脉冲功率
，尤其是一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术是一门研究高功率、高电压、大电流的新兴学科，典型的脉冲功率装置包括初级能源、储能或脉冲发电系统、脉冲成形系统、脉冲负载四个部分。它是研究在相对长的时间里把能量存储起来，经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴科技领域，是当代高科技的主要基础学科之一。过去，高脉冲功率技术主要是为国防科研服务，大都是单次脉冲运行，但是实际应用中，常常需要脉冲源功率密度较大、拥有较高的脉冲重复频率、能够提供较高的平均功率，如何满足实际工业应用中的需求成为了脉冲功率技术的研究热点。脉冲功率技术在可控核聚变研究与等离子物理研究、新兴强激光、高能电子与离子加速器、电磁脉冲、新武器研究等方面已经兴起并快速发展，同时其应用也逐步发展到民用科技领域，如烟气脱硫脱硝、废水处理、海水淡化、医疗设备、电火花加工等。
[0003]开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine简称SRM)是上个世纪八十年代提出的一种新型电机，由于其定转子均为凸极实心叠片结构，定子上绕有集中绕组，转子上无绕组、永磁材料等结构，因此电机结构简单坚固、成本较低。同时开关磁阻电机还具有可控参数多，控制灵活、效率高、起动性能好等优点，使其在电动车驱动系统、家用电器、通用工业、伺服驱动、矿山机械等领域得到了广泛应用。开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator简称SRG)具备SRM系统的所有优势，作为能量转换装置被广泛使用，通过控制器控制开关管通断在预设转子角度期间能将原动机施加到发电机转子上的机械能转化为电能传输到负载上，对外呈高输出阻抗的脉冲电流源特性，非常适合高电压脉冲供电场合。
[0004]传统的脉冲源通常对电能进行功率变换并通过脉冲成型电路对输出的脉冲波形进行调控。运用电化学储能技术的蓄电池拥有最高的储能密度，但是其功率密度短板，难以满足大功率负载的需求；电场储能的电容器有最高的功率密度，但是储能密度有限，加上配套充电装置体积过大，整个系统的复杂性较高。所以传统的脉冲源通常体积较大、结构复杂、成本昂贵且对工作环境的要求较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，在供电负载类型变化、工况复杂的情况下有较好的适应性，能够满足脉冲功率技术的工业应用需求。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，包括：双反激功率变换器1、双绕组开关磁阻脉冲发电机2、电机控制系统3、励磁电源5、原动机9、脉冲负载10和功率二极管11；电机控制系统3与双反激功率变换器1连接控制其中的开关管开通与关断，励磁电源5通过功率变换器1对双绕组开关磁阻脉冲发电机2中的电
机绕组4供电，原动机9与双绕组开关磁阻脉冲发电机2同轴连接并提供机械能带动转子旋转，电机绕组4中的脉冲绕组与功率二极管11串联后对脉冲负载10脉冲供电。
[0007]优选的，双反激功率变换器1在励磁绕组侧采用不对称半桥结构，每相支路有两个开关管控制绕组励磁，并通过两个二极管形成续流回路进行电流回馈；脉冲绕组侧脉冲负载与二极管串联，与励磁绕组侧形成反激电路，根据脉冲供电需求不同采用多相共同或各相单独向脉冲负载供电的方式。
[0008]优选的，双绕组开关磁阻脉冲发电机2本体采用单相结构、两相结构、三相结构或多相结构。
[0009]优选的，双绕组开关磁阻脉冲发电机2定子每个齿上安装两套电机绕组4，分别为励磁绕组A1和脉冲绕组A2；励磁绕组A1和脉冲绕组A2之间高度耦合且绕组之间存在电气隔离，绕组A1、A2之间的匝数比可调，满足不同电压等级的脉冲供电需求。
[0010]优选的，电机控制系统3包括电压传感器6、电流传感器7和位置传感器8；电压传感器6用于监测母线电压，电流传感器7用于检测每相电流以及母线电流，位置传感器8用于采集转子位置信号，电机控制系统3通过监测以上参数控制功率变换器的开关管通断完成电机绕组励磁与脉冲发电过程。
[0011]优选的，电机控制系统3控制策略采用角度位置控制APC、电流斩波控制CCC和电压脉冲宽度调制PWM方式调整电机运行状态，从而控制输出脉冲的幅值、频率、脉宽参数。
[0012]本专利技术的有益效果为：本专利技术是一种体积较小、结构简单、低成本、环境适应性好的新型脉冲源，在恶劣环境下使用寿命长、维护成本低，对原动机的输入质量要求低；双绕组开关磁阻脉冲发电机起始功率和能量直接来自原动机，省去了大量的中间环节，有利于提高脉冲源的能量转化效率和装置的小型化和集成化；开关磁阻脉冲发电机结构拓扑、变换器拓扑及控制策略灵活，在供电负载类型变化、工况复杂的情况下有较好的适应性，能够满足脉冲功率技术的工业应用需求。
附图说明
[0013]图1为本专利技术中双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统结构示意图。
[0014]图2为本专利技术中双绕组开关磁阻发电机绕组结构分布示意图。
[0015]图3为本专利技术中双绕组开关磁阻脉冲发电机功率变换器结构示意图。
[0016]图4为本专利技术中系统工作在励磁模态时电流流向示意图。
[0017]图5为本专利技术中系统工作在续流发电模态一时电流流向示意图。
[0018]图6为本专利技术中系统工作在续流发电模态二时电流流向示意图。
[0019]图7为本专利技术中系统工作在续流发电模态三时电流流向示意图。
[0020]图8为本专利技术中负载为100Ω电阻时的绕组电流波形图。
[0021]图9为本专利技术中负载200V蓄电池组时的绕组电流波形图。
[0022]图10为本专利技术中负载为300V蓄电池组时的绕组电流波形图。
[0023]图11为本专利技术中副边断路或脉冲负载随机开路时的绕组电流波形图。
具体实施方式
[0024]如图1所示，一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，包括：双反激功率变
换器1、双绕组开关磁阻脉冲发电机2、电机控制系统3、励磁电源5、原动机9、脉冲负载10和功率二极管11；电机控制系统3与双反激功率变换器1连接控制其中的开关管开通与关断，励磁电源5通过功率变换器1对双绕组开关磁阻脉冲发电机2中的电机绕组4供电，原动机9与双绕组开关磁阻脉冲发电机2同轴连接并提供机械能带动转子旋转，电机绕组4中的脉冲绕组与功率二极管11串联后对脉冲负载10脉冲供电。
[0025]双绕组开关磁阻电机2可采用单相结构(包括4/4、6/6等结构)、两相结构(包括4/2、8/4等结构)、三相结构(包括6/4、12/8等结构)或多相结构，在发电机定子每个齿上安装了高度耦合的两套电机绕组4，分别为励磁绕组和脉冲绕组。同相上的励磁绕组及脉冲绕组除了图1中所示的串联方式外还可采用并联连接。励磁绕组和脉冲绕组之间具有高度耦合，具体绕组绕制方式可采用多种形式，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，其特征在于，包括：双反激功率变换器(1)、双绕组开关磁阻脉冲发电机(2)、电机控制系统(3)、励磁电源(5)、原动机(9)、脉冲负载(10)和功率二极管(11)；电机控制系统(3)与双反激功率变换器(1)连接控制其中的开关管开通与关断，励磁电源(5)通过功率变换器(1)对双绕组开关磁阻脉冲发电机(2)中的电机绕组(4)进行励磁，原动机(9)与双绕组开关磁阻脉冲发电机(2)同轴连接并提供机械能带动转子旋转，电机绕组(4)中的脉冲绕组与功率二极管(11)串联后对脉冲负载(10)脉冲供电。2.如权利要求1所述的双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，其特征在于，双反激功率变换器(1)在励磁绕组侧采用不对称半桥结构，每相支路有两个开关管控制绕组励磁，并通过两个二极管形成续流回路进行电流回馈；脉冲绕组侧脉冲负载与二极管串联，与励磁绕组侧形成反激电路，根据脉冲供电需求不同采用多相共同或各相单独向脉冲负载供电的方式。3.如权利要求1所述的双绕组结构双反激开关磁阻脉冲发电系统，其特征在于，双绕组开关磁阻脉冲发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周福林，毛一，刘闯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：