一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器及其调控方法技术

一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器及其调控方法，其功率变换器由十一个电力电子开关管、四相绕组、九个二极管、两个电容器、两个电感组成，变换主电路两两组成两组，为了适应同时有两相绕组工作的工况，相隔的相绕组一组，发电输出电压与输入励磁电压解耦，各相绕组电流方向不一，但发电输出仍为直流电，所以省掉了整流器，变励磁电路通过对三个开关管的调控，可变励磁电压输出，并且励磁电流连续，整个功率变换器也没有隔离环节，并且主电路和变励磁电路共地，电能质量高，效率高，灵活性强，适用于各类动力驱动下的各类开关磁阻发电机系统领域应用。电机系统领域应用。电机系统领域应用。

【技术实现步骤摘要】
一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器及其调控方法


[0001]本专利技术涉及发电系统领域，具体涉及一种可变励磁并且质量高，没有隔离环节并且共地的四相绕组开关磁阻发电机及其调控方法。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机因其简单和坚固的结构，加之转子上无绕组散热方便，成本低，理应具有理想的应用价值，其中作为发电机应用也具有相当的前景，但是，该电机极度依赖于功率变换器，只能随着电力电子技术及其控制技术的发展而逐步进步。
[0003]根据开关磁阻电机工作原理，各相绕组中的电流方向与其运行无关，也就是说，作为电动机，不会因为改变相电流方向而改变转向，作为发电机，不会因为改变相电流方向而改变输出方向，而当前很少有实际利用到它本身的这个优点。
[0004]目前开关磁阻电机最广泛采用的功率变换器为不对称半桥结构，多年来以其适应性强等优点而广受研究采用，不过在发展中也逐步暴露出了越来越多的不足，目前新型功率变换器的设计研究较为热门，其中包括采用更少的功率器件以降低成本，但常常是功能多样性方面做了牺牲；另外，为了因应通过改变励磁电压调节功率变换器系统控制性能，也出现了一些变励磁的功率变换器，不过，大部分的变励磁电路输出的励磁电压较为可控、稳定，但励磁电流波动大，甚至出现断流，这点在开关磁阻发电机控制中非常不利，因为本质上各相绕组变励磁是变的励磁电流，励磁电流的稳定、连续、可控才是关键。
[0005]以变励磁为代表的新型功能的功率变换器的越来越多出现，功能的多样化，但往往带来一个问题，就是各个部分由于不能共地或隔离的需要，而不得不增加隔离装置，尤其以隔离变压器为主，其漏感等变换中产生不可忽视的损耗、发热，使得整个功率变换器效率变低。

技术实现思路

[0006]根据以上的
技术介绍
，本专利技术就提出了一种可变励磁，励磁电流连续，相绕组电流方向不一，没有隔离环节但共地的四相8/6极开关磁阻发电机功率变换器及其调控方法，适用于发电领域应用。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器，由第一开关管、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、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第四相绕组、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、第一电容器、第二电容器、第一电感、第二电感组成；第一开关管阳极连接第四开关管阳极、第五开关管阳极、第七开关管阳极、第二电容器一端、以及第二电感一端，并作为功率变换器励磁电压正极端，第一开关管阴极连接第二开关管阳极、第一相绕组一端、第
三相绕组一端、第一二极管阳极、以及第二二极管阴极，第一二极管阴极连接第三二极管阴极、第五二极管阴极、第八二极管阴极、第一电容器一端、第九开关管阳极、以及第十开关管阳极，并作为功率变换器输出正极端，第二开关管阴极连接第三开关管阴极、第六开关管阴极、第八开关管阴极、第十一开关管阴极、第二二极管阳极、第四二极管阳极、第六二极管阳极、第七二极管阳极、第九二极管阳极、第一电容器另一端、以及第二电容器另一端，并作为功率变换器励磁电压负极端，以及功率变换器输出负极端，第一相绕组另一端连接第四开关管阴极和第四二极管阴极，第三相绕组另一端连接第三开关管阳极和第三二极管阳极，第五开关管阴极连接第六开关管阳极、第二相绕组一端、第四相绕组一端、第五二极管阳极、以及第六二极管阴极，第二相绕组另一端连接第八开关管阳极和第八二极管阳极，第四相绕组另一端连接第七开关管阴极和第七二极管阴极，第九开关管阴极连接第九二极管阴极和第一电感一端，第一电感另一端连接第十开关管阴极、第十一开关管阳极、以及第二电感另一端。
[0009]一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器的调控方法，根据转子位置信息，当检测到第一相绕组需投入工作时，首先闭合第四开关管和第二开关管，第一相绕组进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段需结束时，断开第四开关管和第二开关管，进入发电阶段，第一相绕组的储能向功率变换器输出侧发电输出；当检测到第二相绕组需投入工作时，首先闭合第五开关管和第八开关管，第二相绕组进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段需结束时，断开第五开关管和第八开关管，进入发电阶段，第二相绕组的储能向功率变换器输出侧发电输出；当检测到第三相绕组需投入工作时，首先闭合第一开关管和第三开关管，第三相绕组进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段需结束时，断开第一开关管和第三开关管，进入发电阶段，第三相绕组的储能向功率变换器输出侧发电输出；当检测到第四相绕组需投入工作时，首先闭合第七开关管和第六开关管，第四相绕组进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段需结束时，断开第七开关管和第六开关管，进入发电阶段，第四相绕组的储能向功率变换器输出侧发电输出；
[0010]当需要调节励磁电压时，通过对第九开关管、第十开关管、以及第十一开关管的调节实现，该三个开关管的开关频率相同，第九开关管和第十一开关管开关时刻也相同，并与第十开关管交替开通，调节该三个开关管的开关占空比改变励磁电压。
[0011]本专利技术的技术效果主要有：
[0012]相对开关磁阻电机传统不对称半桥结构功率变换器结构，在主电路环节，所需开关管和二极管数量相同，但本专利技术的功率变换器励磁电压与发电电压解耦；同时利用了开关磁阻电机运行与相绕组电流方向无关的特性，无论哪相绕组电流方向如何，功率变换器输出端输出的都是直流电，所以功率变换器也兼具了整流器的作用；为了因应同时相邻两相绕组工作的可能性，功率变换器主电路实际分为了两组，每组的两个相绕组并不是相邻的，从而避免了开关管直通短路的故障的可能，可靠性高。
[0013]本专利技术功率变换器及其调控下，可实现励磁电压的调节，以便于控制性能提升的需要，并且励磁电能提供时励磁电流是连续的，质量高。
[0014]基于以上优点基础上，本专利技术整个功率变换器没有任何隔离装置并且发电和励磁共地，减小了损耗提高了变换效率。
附图说明
[0015]图1所示为本专利技术的一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器电路结构图。
具体实施方式
[0016]本实施例的一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器及其调控方法，功率变换器由第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、第五开关管V5、第六开关管V6、第七开关管V7、第八开关管V8、第九开关管V9、第十开关管V10、第十一开关管V11、第一相绕组M、第二相绕组N、第三相绕组P、第四相绕组Q、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第一电容器C1、第二电容器C2、第一电感L1、第二电感L2组成；第一开关管V1阳极连接第四开关管V4阳极、第五开关管V5阳极、第七开关管V7阳极、第二电容器C2一端、以及第二电感L2一端，并作为功率变换器励磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变励无隔离四相开关磁阻发电机功率变换器，由第一开关管、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、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第四相绕组、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、第一电容器、第二电容器、第一电感、第二电感组成，其技术特征是，所述第一开关管阳极连接所述第四开关管阳极、所述第五开关管阳极、所述第七开关管阳极、所述第二电容器一端、以及所述第二电感一端，并作为功率变换器励磁电压正极端，第一开关管阴极连接所述第二开关管阳极、所述第一相绕组一端、所述第三相绕组一端、所述第一二极管阳极、以及所述第二二极管阴极，第一二极管阴极连接所述第三二极管阴极、所述第五二极管阴极、所述第八二极管阴极、所述第一电容器一端、所述第九开关管阳极、以及所述第十开关管阳极，并作为功率变换器输出正极端，第二开关管阴极连接所述第三开关管阴极、所述第六开关管阴极、所述第八开关管阴极、所述第十一开关管阴极、第二二极管阳极、所述第四二极管阳极、所述第六二极管阳极、所述第七二极管阳极、所述第九二极管阳极、第一电容器另一端、以及第二电容器另一端，并作为功率变换器励磁电压负极端，以及功率变换器输出负极端，第一相绕组另一端连接第四开关管阴极和第四二极管阴极，第三相绕组另一端连接第三开关管阳极和第三二极管阳极，第五开关管阴极连接第六开关管阳极、第二相绕组一端、第四相绕组一端、第五二极管阳极、以及第六二极管阴极，第二相绕组另一端连接第八...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冠群，何金龙，魏利阳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：