微功耗永磁风力发电机由叶片、叶片转轴、永磁同步电机、全换相器组成，叶片转轴与永磁同步发电机的转轴钢性联接，永磁同步电机输出的三相电压分别接全换相器中的三个基本换相器，全换相器把此三相电压变换成与电网同频、同相、同幅的三相电压并网；全换相器采用器微功耗功率变换，主器件工作在工频，不采用PWM脉宽调制，无EMI干扰，其成本、体积、重量、功耗都是传统功率变换器的十分之一。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微功耗永磁风力发电机。
技术介绍
直驱式全换相风力发电机系统中，永磁同步发电机定子输出的电压，是频率变化的电能，与定子相联的变换器将此电能转换为与电网频率相同的恒频电能，省去叶片转轴与发电机之间的机械传动机构，降低了系统成本，并增加了系统的可靠性。但传统功率变换器成本、体积、重量、功耗太大，把全换相发电机系统的优点几乎全部抵消。图1是直驱式全换相永磁同步发电机实际电路，发电机定子出来的三相电压要经过整流电路、Boost升压电路、三电平逆变电路，这才到达电网。其间经过三次功率变换，产生三次功率损耗，就算每次功率变换的效率都在90%以上，三次变换功率总损耗也可达30%以上。由于采用的是PWM脉宽调制，所有功率器件都工作在高频，会产生强烈的EMI干扰，对电网造成污染。
技术实现思路
微功耗永磁风力发电机从定子产生的三相电压，不经整流，不必Boost电路升压，也不采用逆变电路，直接进入全换相器，全换相器用微功耗功率变换的方法，在其输出端输出可以直接并网的三相电压。图2是微功耗永磁风力发电机原理框图，微功耗永磁风力发电机由叶片、叶片转轴、永磁同步电机、全换相器组成，叶片转轴与永磁同步发电机的转轴钢性联接，永磁同步电机输出的三相电压分别接全换相器中的三个基本换相器，全换相器把此三相电压变换成与电网同频、同相、同幅的三相电压并网；全换相器采用器微功耗功率变换，主器件工作在工频，不采用PWM脉宽调制，无EMI干扰，其成本、体积、重量、功耗都是传统功率变换器的十分之一。微功耗永磁风力发电机整机由叶片、叶片转轴、永磁同步电机组成，叶片转轴与永磁同步电机的转轴刚性连接，永磁同步电机的定子输出的三相电压接全换相器，全换相器把定子输出的三相电压变换成与电网同频、同相、同幅的交流电压，直接并入电网，全换相器由三个电路拓朴相同的基本换相器组成，分别接永磁同步电机的定子输出的三相电压。图3是基本换相器的实际电路，基本换相器由十个MOS管和一个磁芯变压器组成，第五MOS管(Q5)是PNP型，第六MOS管(Q6)是NPN型，第五MOS管的漏极通过变压器TXl的原边绕组Pl接定子的输出电压V1(A相)的火线，Vl的零线接地，第六MOS管(Q6)的漏极接第五MOS管(Q5)的源极，其源极通过第三电阻(R3)接地，电容Cl和二极管Dl串联，电容Cl的负极接变压器TXl付边的同名端，二极管Dl的正极接变压器TXl付边的异名端，第一电阻(Rl)与电容Cl并联。MOS 管 Ql、Q2、Q7、Q8 是 PNP 型，MOS 管 Q3、Q4、Q9、QlO 是 NPN 型，MOS 管 Ql、Q3、Q7、Q9和MOS管Q2、Q4、Q8、Q10分两组依次顺序串联，漏极在上，源极在下，其中MOS管Ql、Q2都接电容Cl的负极，MOS管Q7的漏极接MOS管Q6的源极。电阻R2—端接二极管Dl的阴极，一端接MOS管Q9、Q10的源极，驱动信号V1、V2、V4、V5分别顺序接在MOS管Q4、Q3、Q9、QlO的栅极和源极之间，驱动信号V1、V2、V4、V5正极向下，MOS管Ql、Q3、MOS管Q2、Q4、MOS管Q7、Q9、MOS管Q8、QlO的栅极分别两两接在一起；M0S管Q5、Q6的栅极其分别接驱动信号Gna、Gpa0附图说明图1是直驱式全换相永磁风力发电机系统； 图2是微功耗永磁风力发电机原理图；图3是全换向器原理电路；图4是基本换相器原理电路；图5是基本换相器输出电压仿真波形；图6是基本换相器原理电路(引入动态整流)；图7是基本换相器(引入动态整流)输出电压的仿真波形；图8是基本换相器原理电路(引入电压补偿)；图9是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形；图10是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形Is ；图11是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形O. 3s ；图12是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形O. 2s ；图13是电压切割电路原理图；图14是电压切割电路输出电压Na、Vc仿真波形；图15是电压切割电路输出电压Va仿真波形；；图16是电压切割电路输出电压Vc仿真波形；图17是全换相器实际电路图；图18是电压切割仿真波形A ；图19是电压切割仿真波形B ；图20是电压切割仿真波形C ；具体实施例方式图4是基本换相器的原理电路，用来说明换相器的工作原理。当最低风速时，叶片转轴即发电机转速η = 1，发电机定子的极对数P = 60，定子输出电压的频率为f = ηΧρ + 60 = 1X60 + 60 =1. OHz (I)当最高风速时转轴即发电机转速η = 40,发电机定子的极对数P = 60,定子输出电压频率的频率为f = ηΧρ + 60 = 40X60 + 60 = 40Hz (2)比较式(I)、⑵两式可知，在最小风力和最大风力的情况下，微功耗永磁风力发电机定子输出的感生电压的频率在1. 0Ηζ-40Ηζ之间变化，现在设发电机在最小风速下运行，设输出电压V4的频率和幅值分别为IHz和310V。永磁发电机定子产生的电压V4(频率1Hz，周期Is)接在MOS管Q3的漏极和地之间，MOS管Q4的漏极接Q3的源极，其源极通过电阻R4接地，Q3、Q4的栅极分别接驱动信号Gn、Gp, Gp是市电经全波整流后的正向馒头波电压，Gn是市电经全波整流后的负向馒头波电压，Gp, Gn都是频率50Hz、周期O. Ols的、幅值为3IOV的馒头波信号。在V4的正半周期间，Q4导通，V4的正向电压通过Q3的体内二极管、Q4的漏源极在电阻R4上形成时长ls、50个正向馒头波电压波形，这是因为源极电压跟踪栅极电位，而栅极电位正是正向馒头波Gp ;在V4的负半周期间，Q3导通，V4的负向电压通过Q4的体内二极管、Q3的漏源极在电阻R4上形成时第ls、50个负向馒头波电压波形，这是因为源极电压跟踪栅极电位，而栅极电位正是负向馒头波Gn。图5是电阻R5输出电压Voa的仿真波形，在V4的正半周内，形成了 50个馒头波正向电压波形，在V4的负半周内，形成了 50个馒头波负向电压波形，这些正弦馒头波电压Voa，被加在Q3漏极的、频率1Hz、周期Is的电压V4削波，因此Voa的包络是V4的电压波形。图6的基本换相器引入了动态整流电路，其作用是把形如图5所示电压波形转换成正弦波电压波形，方法是对于正向馒头波，把这些频率为IOOHz的馒头波相间翻到横轴的下方，于是形成了频率为50Hz的完整正弦波电压，对于负向馒头波，把这些频率为IOOHz的馒头波相间翻到横轴的上方，于是形成了频率为50Hz的完整正弦波电压。动态整流电路实际上是一个双向桥式整流电路，众所周知，整流电路会把脉宽IOms的负方向正弦波形翻到横轴的上面来,形成频率为100Hz、周期IOms的慢头波,这就是所谓的正向桥式整流电路，如图6中的Gp ;负向桥式整流电路中的四个整流二极管相反联接，如图6中的Gn，其作用正好与正向桥式整流电路相反，可以把脉宽IOms的正方向正弦波形翻到横轴的下面去，也会形成频率为100Hz、周期IOms的慢头波。对于图5所不的系列慢头波，必须要有正负方向桥式整流电路各一个,对于第一个馒头波，要有一个正向桥式整流电路，使得负方向的馒头波翻到上面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微功耗永磁风力发电机，整机由叶片、叶片转轴、永磁同步电机组成，叶片转轴与永磁同步电机的转轴刚性连接，其特征是：永磁同步电机的定子输出的三相电压接全换相器，全换相器把定子输出的三相电压变换成与电网同频、同相、同幅的交流电压，直接并入电网。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郁百超，
申请(专利权)人：郁百超，
类型：发明
国别省市：
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