[发明专利]永磁双凸极电机可控整流发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁双凸极电机可控整流发电系统，属于特种发电系统。

技术背景

永磁双凸极电机属于一种变磁阻电机，其定子、转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，永磁体和电枢绕组均位于定子侧，转子上没有绕组，电机可靠性高，功率密度高。作为发电机使用时，设计人员通过对绕组摆放方式和转子斜槽等设计，降低电机转矩脉动，并使双凸极发电机具有正弦电势，在整流环节可以应用传统的可控整流技术(如：空间矢量调制技术SVPWM)。但是上述设计会使双凸极电机的功率密度下降，效率降低，同时在高功率密度应用场合，电机设计还需要考虑到电枢反应对电势波形的影响，所以在设计高功率密度的双凸极发电机时需要做折中设计，这就使得永磁双凸极电机的电势无法保证是正弦波。双凸极发电系统发电时一般外接由二极管组成的不控整流电路和滤波器，作为直流发电机使用，其中不控整流电路是双凸极发电系统的重要组成部分。整个系统具有结构简单、造价便宜、可靠性高等诸多优点。

典型的双凸极电机多用于直流发电系统，整流方式较为单一。同时传统的不控整流电路没有功率因数校正功能，在不同性质负载条件下，发电机电枢的相电流和相电压产生相移，降低了发电机的功率因数和功率密度，同时二极管整流电路将低次谐波引入发电机绕组，加重了电枢反应，且输出直流电压的最低次谐波频率较低，直接导致直流侧滤波器体积大。因此本发明力图寻求将可控整流发电模式引入永磁双凸极电机发电系统，实现整流环节对发电机的功率因数校正，以调节发电机功率因数，提高电机功率密度，削弱电枢电流的波形畸变，减小直流侧滤波器体积，提高整个永磁双凸极发电机系统的效率。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种双凸极电机可控整流发电系统。

本发明的双凸极电机可控整流发电系统的具体构成如下，系统由三大部分构成，分别是永磁双凸极发电机、三相可控半波整流电路和整流控制器。所述永磁双凸极发电系统的双凸极发电机三相定子电枢绕组A、B、C呈星形接法，即A相绕组的一端分别接B相绕组的一端和C相绕组的一端，构成三相绕组的中点O。三相定子电枢绕组A、B、C的另一端分别经三相可控半波整流电路整流输出，三相可控半波整流电路的下桥臂均为绝缘栅晶体管，上桥臂均为二极管元件。根据三相绕组的中点O与整流电路的不同接法，可将所述双凸极电机可控整流发电系统拓展为中点连接型和中点浮空型，分别如图3和图4。整流控制器根据所接收的发电机转子位置信号、三相电枢电流和整流电压信号，产生整流电路三个可控开关器件的驱动信号，以实现整流电路对双凸极发电机的整流和功率因数校正。

与现有技术相比，所述双凸极电机可控整流发电系统具有如下特点：

(1)有效利用电机本身电枢电感，在无直流环节电感的情况下，实现了直流环节的调压。

(2)对于各相电枢绕组，均形成了独立的功率因数校正电路，在不同性质负载下，可以有效提高发电机的功率因数。

(3)可以通过控制整流电路开关器件的占空比，调节各相电枢电流大小，抑制各相电枢电流的波形畸变，减小发电机阻转矩脉动。

(4)引入了PWM调制技术，提高整流电路输出直流电压的最低次谐波频率，可以减小直流侧滤波器的容量。

附图说明

图1是永磁双凸极电机可控全桥整流发电系统结构示意图。

图2是永磁双凸极电机三相磁链与电枢电势波形示意图。

图3是永磁双凸极电机可控半波整流发电系统中点连接型拓扑结构示意图。

图4是永磁双凸极电机可控半波整流发电系统中点浮空型拓扑结构示意图。

图5是整流发电系统中点连接型拓扑电路工作状态示意图。

图6是整流发电系统中点浮空型拓扑电路工作状态示意图。

上述图中标号名称：

图1：虚线框1代表永磁双凸极发电机；虚线框2代表三相可控半波整流电路；虚线框3代表整流控制器；L_A、L_B、L_C分别代表双凸极发电机A、B、C相的电枢绕组电感；E_A、E_B、E_C分别代表双凸极发电机A、B、C相电枢绕组的电势；点O为双凸极发电机A、B、C相的电枢绕组星形接法的公共端；Q_F1、Q_F2、Q_F3、Q_F4、Q_F5、Q_F6分别为全桥整流电路六个桥臂上的绝缘栅晶体管；C为三相整流可控整流电路直流侧滤波电容。