[发明专利]反极性直升压自励变励磁开关磁阻发电机变流系统有效
申请号: | 201910812699.4 | 申请日: | 2019-08-20 |
公开(公告)号: | CN110474582B | 公开(公告)日: | 2021-03-05 |
发明(设计)人: | 孙冠群;谢岳;胡献华 | 申请(专利权)人: | 中国计量大学 |
主分类号: | H02P9/30 | 分类号: | H02P9/30;H02P9/38 |
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地址: | 310018 浙江省*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 极性 升压 自励 变励磁 开关 磁阻 发电 机变 系统 | ||
反极性直升压自励变励磁开关磁阻发电机变流系统,由七个开关管、三相绕组、八个电容器、六个二极管、三个电感、一个变压器组成,相绕组励磁和发电的主回路除各自串联的开关管外,其余器件公用,并且除一个公用开关管外,每相绕组仅连接一个独用开关管,基于此输出反极性和最少开关管下解决了众多问题并实现了直升压并且高利用率、低开关应力和低损耗的高性能,励磁采取自励磁可变换励磁电压,同样实时工作高利用率及复合隔离环节并兼顾强化励磁能力,励磁所需开关管实现软开关,从而实现总体效率高、成本低;适用于各类驱动下的中小功率尤其高速的开关磁阻发电机系统领域应用。
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机系统领域,具体涉及一种反极性直接升高输出电压、自励磁并且可调励磁电压的高性价比高性能基础的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法。
背景技术
虽然开关磁阻电机出现的不算晚,其结构在主流电机中最为简单,散热方便,成本低,但发展确较为缓慢,根本原因在于其变流系统发展缓慢,并且较为复杂,变流模式也完全不同于传统电机,发展高系统性能的变流系统,更是任重道远。
开关磁阻发电机工作中每相绕组均分为励磁和发电两大阶段,并分时进行,各相绕组之间也根据定转子相对位置分时进行工作,这些原理就使得开关磁阻发电机区别于其他电机,从而为变流系统带来完全不同的挑战,加之对发电效率、效益、可靠性、稳定性、成本等等的不同关注,业界尚未形成统一的标准和完整的发展细节方向。
但是,有几点是明确的,譬如开关磁阻发电机发电输出电压和其他发电机一样,往往直接输出电压相对电网或负载来说较低,需要再行增加升压装置,所以直升压的开关磁阻发电机变流器一定具有意义,目前也出现个别直接通过励磁和发电能输出高发电电压的变流器,但均为正极性,对于个别的需要反极性的场合尚需要进一步进行变流变换,还有一些直接升压的变流系统所需开关管较多,或者开关作业时电压较大,等等问题;另外,还有强化励磁能力、新增可调变量、低开关损耗和低开关电压、尽量少的开关管数量等等的要求是比较明确的并且极具意义的。
当前,开关管的应用越来越高频化,对于开关磁阻电机变流系统中,典型的自励磁电源往往需要的开关管就处于高频工作,所以,软开关往往是需要的,除了安全保护,也能极大的减小开关损耗,提高效率,这点在开关磁阻发电机业界极为瞩目,因为发电系统效率极为看重,这甚至是开关磁阻发电机能否取代传统电机在某些领域的关键所在。
当然,效率重要,发电效益自然同样重要,尤其是新能源发电系统中,譬如风电,风力是不稳定的,低风速、超高风速往往就不能发电工作了,而如果通过发电机系统控制,是存在拓宽发电区间前景的,从而提高发电效益,而对于开关磁阻发电机的变流系统控制,变量主要是开关角和励磁阶段的电流这三个变量,在他励或传统直接自励,或者自充电蓄电池供电励磁场合,励磁电压是常量或不可调的,更不能连续调节变化,目前出现的少量调节励磁电压的开关磁阻发电机变流控制系统,取得了显著的效果,提高了整个系统的适应性和控制灵活性,但也存在变励磁复杂或者调节范围窄等问题。
变励磁电压相当于新增了一个可调变量,意义重大,当然,可变励磁电压的自励型开关磁阻发电机系统往往面临隔离的问题,如果励磁发电主回路为反极性,本身也需要后续反馈隔离,所以基于以上需求,从而为集成隔离创造了条件,复合应用;另外,业界对于必要时的强化励磁能力也是非常看重的,而具备宽范围变励磁电压能力时自然需要兼顾强化励磁能力的话为最佳。
目前一些功能较为丰富的开关磁阻发电机变流系统,其结构上往往存在一些诸如开关管较多问题,使得控制负载或损耗高可靠性低,或者部分主要结构利用率低,仅在极端情况下才派上用场,降低了系统利用率和使用效率,投资回报率低,极大影响该系统的应用扩展。
发明内容
根据以上的背景技术,本发明就提出了一种励磁和发电回路反极性并直接升高电压输出、最少励磁发电开关管、低损耗高效率、开关应力低并且软开关、自励磁并且宽范围可调励磁电压的高利用率高适应性的开关磁阻发电机变流系统及其控制方法,适用于各类中小功率等级的高速开关磁阻发电机系统中应用。
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