[发明专利]电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统，属于特种发电系统。

技术背景

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，励磁元件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。根据励磁种类不同，可将双凸极电机分为永磁双凸极电机和电励磁双凸极电机，永磁双凸极电机具有结构简单稳固、绕组端部短、用铜省、功率密度高和效率高等优点，但采用永磁体励磁无法直接改变磁场强度，作为发电机时存在调压和故障灭磁困难，限制了永磁双凸极电机的应用范围。电励磁双凸极电机通过改变励磁绕组电流，可以方便的调节气隙磁场强度从而实现宽范围调压，而且断开励磁电路可以灭磁，实现电机系统故障保护。但由于励磁电感的存在，励磁电流控制回路的响应时间常数较大，在负载变化率较大时，电压调节过程长。

在高功率密度应用场合作为发电机使用时，双凸极电机的反电势一般为不对称方波，在整流环节无法应用传统的可控整流技术(如：空间矢量调制技术SVPWM)，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。不控整流电路是双凸极发电系统的重要组成部分，传统的二极管不控整流电路具有结构简单、造价便宜、可靠性高等诸多优点，但由于发电整流过程中没有功率因数校正环节，在不同性质负载条件下，相电流和相电压波形会产生相移，降低了发电机的功率因数和功率密度，并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。

针对上述问题，本发明力图将可控整流发电模式引入电励磁双凸极电机发电系统，在传统靠励磁调压的电励磁双凸极发电系统基础上，采用可控整流电路，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，提高整个电励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，提出一种电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统。

本发明电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统的具体构成如下，系统由三大部分构成，分别是电励磁双凸极发电机、三相可控半波整流电路和发电机控制器。所述电励磁双凸极发电机励磁绕组的励磁电流由发电机控制器控制，以调节电机磁场，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。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半波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。与传统励磁调压器不同，发电机控制器不仅可以通过控制励磁电流调节电压，还可通过调节可控半波整流电路开关管的占空比控制发电机的电枢电流和电压。发电机控制器根据所接收的发电机转子位置信号、三相电枢电流信号和整流电压信号，产生整流电路三个可控开关器件的驱动信号和励磁回路开关器件的驱动信号，通过对整流电路和励磁电路的协调控制，实现电励磁双凸极发电系统的可控整流和励磁调压调节。

与现有技术相比，本电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统具有如下特点：

(1)新型电路拓扑有效利用电机本身各相电枢绕组电感，形成了独立的斩波电路，在不同性质负载下，可以实现发电机的功率因数校正。

(2)发电机控制器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。

(3)将PWM调制技术引入双凸极整流系统，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。

(4)发电机控制器通过对整流开关管占空比和励磁电流的协调控制，可以同时实现发电机电枢电流控制和励磁调压控制。

附图说明

图1是电励磁双凸极电机可控半波整流发电系统结构示意图。

图2是电励磁双凸极电机三相磁链与电枢电势波形示意图。

图3是电励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是电励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是中点连接型拓扑电路工作状态示意图。

图6是中点浮空型拓扑电路工作状态示意图。

上述图中标号名称：