[实用新型]微功耗永磁风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微功耗永磁风力发电机。 

背景技术

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。 

发明内容

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TX1的原边绕组P1接定子的输出电压V1(A相)的火线，V1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C1和二极管D1串联，电容C1的负极接变压器TX1副边的同名端，二极管D1的正极接变压器TX1副边的异名端，第一电阻(R1)与电容C1并联。 

MOS管Q1、Q2、Q7、Q8是PNP型，MOS管Q3、Q4、Q9、Q10是NPN型，MOS管Q1、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Q1、Q2都接电容C1的负极，MOS管Q7的漏极接MOS管Q6的源极。 

电阻R2一端接二极管D1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、Q10的栅极和源极之间，驱动信号V1、V2、V4、V5正极向下，MOS管Q1、Q3、MOS管Q2、Q4、MOS管Q7、Q9、MOS管Q8、Q10的栅极分别两两接在一起；MOS管Q5、Q6的栅极其分别接驱动信号Gna、Gpa。 

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1s； 

图11是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形0.3s； 

图12是基本换相器(引入电压补偿)输出电压Va的仿真波形0.2s； 

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Va、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；