[发明专利]强励快退四相开关磁阻发电机变流器及其控制方法

摘要

强励快退四相开关磁阻发电机变流器，由变流主电路、起励电源、强励快退主电路、充电主电路、母线二极管、母线电容器组成，根据各检测结果控制变流器全部开关管动作，变流主电路直接控制发电机各相绕组工作，输出电能，强励快退主电路提供多种励磁电压，也提供快速退出所需高反向电压，充电主电路可向起励电源蓄电池自动充电；全系统智能化、适应宽发电需求、宽转速范围，在包含风电领域在内的各个发电领域具有实用价值和意义。

主权项

1.强励快退四相开关磁阻发电机变流器的控制方法，其中强励快退四相开关磁阻发电机变流器由变流主电路(1)、起励电源(2)、强励快退主电路(3)、充电主电路(4)、母线二极管(Dm)、母线电容器(Cm)组成，其特征是，所述变流主电路(1)输入和输出两端共同连接所述起励电源(2)输出两端，同时也连接所述强励快退主电路(3)输入和输出两端，起励电源(2)的输入两端连接所述充电主电路(4)的输出两端，充电主电路(4)输入两端连接强励快退主电路(3)，所述母线二极管(Dm)串联于变流主电路(1)输出正极母线上，母线二极管(Dm)阳极连接变流主电路(1)输出正极端，母线二极管(Dm)阴极与变流主电路(1)输出负极端之间并联所述母线电容器(Cm)；开关磁阻发电机由四相绕组组成，变流主电路(1)由两套相同结构的变流支路并联连接组成，每套所述变流支路中连接有两相绕组，该两相绕组位于开关磁阻发电机定子相隔的磁极上；变流支路由第一二极管(D1/D4)、第二二极管(D2/D5)、第三二极管(D3/D6)、第一开关管(V1/V4)、第二开关管(V2/V5)、第三开关管(V3/V6)、第一相绕组(M/N)、第二相绕组(P/Q)组成，其特征是，所述第一二极管(D1/D4)阴极、所述第一开关管(V1/V4)阳极、所述第三二极管(D3/D6)阴极短接并作为变流主电路(1)的输入输出正极端，第一二极管(D1/D4)阳极与所述第二开关管(V2/V5)阳极和所述第一相绕组(M/N)一端连接，第一相绕组(M/N)另一端与所述第二二极管(D2/D5)阴极、所述第二相绕组(P/Q)一端以及第一开关管(V1/V4)阴极连接，第二相绕组(P/Q)另一端与所述第三开关管(V3/V6)阳极和第三二极管(D3/D6)阳极连接，第二开关管(V2/V5)阴极、第二二极管(D2/D5)阳极、第三开关管(V3/V6)阴极短接并作为变流主电路(1)的输入输出负极端；起励电源(2)由蓄电池(X)与起励二极管(D7)串联连接组成，其中所述蓄电池(X)正极连接所述起励二极管(D7)阳极，起励电源(2)的输入两端为蓄电池(X)正负极两端，起励二极管(D7)阴极作为起励电源(2)输出正极端，蓄电池(X)负极作为起励电源(2)输入输出负极端；强励快退主电路(3)由第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第四开关管(V7)、第五开关管(V8)、第四二极管(D8)、第五二极管(D9)、第六二极管(D10)组成，其特征是，所述第一电容器(C1)、所述第四二极管(D8)、所述第二电容器(C2)串联连接，第一电容器(C1)负极连接第四二极管(D8)阳极，并连接所述第四开关管(V7)阴极和所述第六二极管(D10)阴极，第四二极管(D8)阴极连接第二电容器(C2)正极，并连接第四开关管(V7)阳极和所述第五开关管(V8)阳极，第五开关管(V8)阴极连接所述第五二极管(D9)阳极，第一电容器(C1)正极和第五二极管(D9)阴极短接并作为强励快退主电路(3)输入输出正极端，第二电容器(C2)负极和第六二极管(D10)阳极短接并作为强励快退主电路(3)输入输出负极端；第一电容器(C1)容量大于第二电容器(C2)容量；充电主电路(4)由第三电容器(C3)、变压器(T)、第六开关管(V9)、第七二极管(D11)、第四电容器(C4)组成，其特征是，所述第三电容器(C3)正极连接所述变压器(T)一次绕组(a)一端并作为充电主电路(4)输入正极端连接第一电容器(C1)正极，变压器(T)一次绕组(a)另一端连接所述第六开关管(V9)阳极，第六开关管(V9)阴极与第三电容器(C3)负极连接并作为充电主电路(4)输入负极端连接第一电容器(C1)负极，变压器(T)二次绕组(b)与一次绕组(a)极性相反，变压器(T)二次绕组(b)一端连接所述第七二极管(D11)阳极，第七二极管(D11)阴极连接所述第四电容器(C4)正极并作为充电主电路(4)输出正极端，第四电容器(C4)负极连接变压器(T)二次绕组(b)另一端并作为充电主电路(4)输出负极端；强励快退四相开关磁阻发电机变流器的控制方法，其特征是：根据开关磁阻发电机工作原理，开关磁阻发电机起动时，由所述起励电源(2)的蓄电池(X)经由起励二极管(D7)提供励磁阶段所需电能，根据转子位置信息，当所述变流主电路(1)中某变流支路的第一相绕组(M/N)需工作励磁时，第一开关管(V1/V4)和第二开关管(V2/V5)闭合，进入励磁阶段，根据转子位置信息励磁阶段结束时，第一开关管(V1/V4)和第二开关管(V2/V5)关断，第一相绕组(M/N)的储能经由第一二极管(D1/D4)和第二二极管(D2/D5)输出，此为发电阶段，当第二相绕组(P/Q)需工作励磁时，第一开关管(V1/V4)和第三开关管(V3/V6)闭合进入励磁阶段，结束后第一开关管(V1/V4)和第三开关管(V3/V6)断开，第二相绕组(P/Q)的储能经由第三二极管(D3/D6)和第二二极管(D2/D5)输出进入发电阶段；在此起动期间，起励电源(2)同时经由第四二极管(D8)向所述强励快退主电路(3)的第一电容器(C1)和第二电容器(C2)充电，同时相绕组发电阶段输出的电能在经由母线二极管(Dm)向母线电容器(Cm)充电输出的同时也向第一电容器(C1)和第二电容器(C2)充电，待到第一电容器(C1)、第四二极管(D8)、第二电容器(C2)支路电压大于蓄电池(X)两端电压，起励电源(2)在起励二极管(D7)的作用下停止提供励磁电能，起动结束；起动结束后的运行中，各个相绕组的励磁阶段和发电阶段的变流主电路(1)控制方式与起动阶段相同，当出现励磁阶段结束时检测得到的绕组电流不能满足要求，即不能达到设定的上限值时，如为第一相绕组(M/N)，则仅关断第二开关管(V2/V5)，形成第一相绕组(M/N)‑‑‑第一二极管(D1/D4)‑‑‑第一开关管(V1/V4)‑‑‑第一相绕组(M/N)的无反压电流回路，如为第二相绕组(P/Q)，则仅关断第三开关管(V3/V6)，形成第二相绕组(P/Q)‑‑‑第三二极管(D3/D6)‑‑‑第一开关管(V1/V4)‑‑‑第二相绕组(P/Q)的无反压电流回路，绕组电流上升到上限值后再关断第一开关管(V1/V4)，或者限定的续流转子位置已到，关断第一开关管(V1/V4)；进入发电阶段；起动结束后运行中强励快退主电路(3)提供励磁阶段电能，分为三种工作模式：模式一，第四开关管(V7)闭合、第五开关管(V8)断开，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)共同提供励磁电压；模式二，第四开关管(V7)断开、第五开关管(V8)闭合，由第二电容器(C2)经由第五开关管(V8)和第五二极管(D9)单独供电励磁；模式三，第四开关管(V7)和第五开关管(V8)都断开，由第一电容器(C1)经由第六二极管(D10)单独供电励磁；在相绕组的发电阶段结束时，强励快退主电路(3)提供快速减小相绕组电流的方案，即在发电阶段即将结束时，第四开关管(V7)闭合、第五开关管(V8)断开，相绕组承受的反压为第一电容器(C1)和第二电容器(C2)电压之和；起励电源(2)中的蓄电池(X)，当检测到低于容量下限时，通过对第六开关管(V9)的PWM开关控制，实现将第一电容器(C1)侧电能经由所述充电主电路(4)对蓄电池(X)充电，当第六开关管(V9)闭合时，因为变压器(T)两套绕组极性相反，第七二极管(D11)断态，变压器(T)一次绕组(a)电流增加，待第六开关管(V9)断开时，变压器(T)一次绕组(a)电流被切断，变压器(T)的磁能通过其二次绕组(b)经由第七二极管(D11)输出，向蓄电池(X)充电，通过调节第六开关管(V9)的PWM占空比，可调节充电主电路(4)的输出电压和电流。