[发明专利]具有励磁功能的三相四桥臂矩阵式变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别涉及一种运用三相四桥臂矩阵式变换器的混合励磁同步电机发电系统，属于功率变换器领域。

背景技术

交流电机是实现电能与机械能转换的电机。工农业及日常生活所用的电能一般均为同步发电机供给，同步电机发电运行时，电机输出电压与电机磁场相关，通过调节励磁磁场，可以实现对电机输出电压的控制。电励磁同步电机中，除电枢绕组外，还附有一套励磁绕组。调节励磁绕组中流过的励磁电流即可方便地调节励磁磁场，从而实现对电机输出电压的控制。该类电机励磁可控，具有良好的调节特性，灭磁简单，提高了系统运行的可靠性。此外，将电励磁与永磁励磁相结合构成新型混合励磁同步电机，兼具电励磁电机励磁可控的优点与永磁电机高效率的优点，具有广阔的应用领域及良好的应用前景。

同步电机输出电能通常需要经过频率和电压的变换后在提供给特定的负载。交流电力变换器通常可分为交-直-交型和交-交型两种形式。交-直-交型电力变频装置因其具有良好的变频性能，得到了广泛应用。但是，它存在输入侧功率因素低、对电网谐波污染严重、能量难以实现双向流动等问题。矩阵变换器是一种能够实现从m相输入直接变换到n相输出的电力变换装置，能够实现AC-AC、AC-DC等多种变换。与传统的交-直-交型电力变换装置相比，矩阵式变换器具有输入功率因素高、输入电流波形好、能量可双向流动、可实现四象限运行、无中间直流储能环节、电路结构紧凑、体积小等优点。因此，矩阵式变换器是交流电机实现电力变换的优选方案之一。

交流同步电机励磁方式有多种选择，如自励，他励等。目前，大多数交流同步电机控制系统设计时将励磁绕组调节电路与主功率变换电路分离开来独立设计，这样不但增加了系统的体积、重量，同时增加了系统的复杂性及成本，降低了系统可靠性。

发明内容

本发明为了设计一种结合功率变换器与励磁电路一体化的电路而提出一种混合励磁同步电机的发电系统。

一种混合励磁同步电机的发电系统，包括混合励磁同步电机、三相四桥臂矩阵式变换器和箝位保护电路，其中：混合励磁同步电机的三相输出端分别连接三相四桥臂矩阵式变换器的三相输入端和箝位保护电路的三相输入端，三相四桥臂矩阵式变换器的第一至第三桥臂输出端既分别连接箝位保护电路的三相输出端，又分别连接三相电网络或三相负载，三相四桥臂矩阵式变换器的第四桥臂输出端连接混合励磁同步电机的励磁绕组的输入端，混合励磁同步电机的励磁绕组的输出端连接并联在箝位保护电路母线间的双向选通开关的固定端。

本发明是利用三相四桥臂矩阵式变换器输出四桥臂中的三相实现三相输入交流电交-交电力变换，利用第四桥臂实现电机励磁绕组励磁电流的调节，不仅具有传统三相交-交矩阵变换器的优点，同时能够实现电机励磁控制。功率变换电路及励磁电路一体化使系统设计得到简化，结构紧凑有利于系统集成。励磁回路工作时只有一个功率开关管及一个功率二极管处于导通状态，可以降低系统的励磁损耗，提高系统效率。

附图说明

图1是本发明的电路结构拓扑图，图中标号名称：1、混合励磁同步电机，2、三相四桥臂矩阵式变换器，3、箝位保护电路。

图2是本发明选通开关接箝位保护电路正极性直流母线调制周期励磁回路工作状态图：(a)开关S_af开通时励磁回路工作状态图；(b)开关S_bf开通时励磁回路工作状态图；(c)开关S_cf开通时励磁回路工作状态图。

图3是本发明选通开关接箝位保护电路负极性直流母线调制周期励磁回路工作状态图：(a)开关S_af开通时励磁回路工作状态图；(b)开关S_bf开通时励磁回路工作状态图；(c)开关S_cf开通时励磁回路工作状态图。

具体实施方式

如图1所示，一种混合励磁同步电机的发电系统，包括混合励磁同步电机1、三相四桥臂矩阵式变换器2和箝位保护电路3，其中：混合励磁同步电机1的三相输出端分别连接三相四桥臂矩阵式变换器2的三相输入端和箝位保护电路3的三相输入端，三相四桥臂矩阵式变换器2的第一至第三桥臂输出端既分别连接箝位保护电路3的三相输出端，又分别连接三相电网络或三相负载，三相四桥臂矩阵式变换器2的第四桥臂输出端连接混合励磁同步电机1的励磁绕组的输入端，混合励磁同步电机1的励磁绕组的输出端连接并联在箝位保护电路3母线间的双向选通开关S的固定端。