[发明专利]混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统

说明书

混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子技术领域。解决了现有飞轮脉冲发电机组存在整个机组的轴系长、系统的功率密度和可靠性低的问题。本发明主要包括输入逆变器、输入电动机、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、混合励磁多相同步发电机和输出整流器，本发明同步发电机系统作为飞轮储能系统具有励磁功率小、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点。本发明可用作大容量脉冲电源，在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域。

技术领域

本发明属于电机和电力电子技术领域。

背景技术

飞轮脉冲发电机是利用轴系的大惯量存储能量、同轴电动/发电机实现机电能量转换的一种飞轮储能装置。目前投入应用或正在开发的飞轮储能装置有两种类型：第一种是储能与释能功率等级相当，可用一台电机交替实现电动和发电功能，中小容量的磁悬浮飞轮储能系统为这一类型，具有结构紧凑、效率高等特点，一般用作飞轮电池；第二种是储能功率比释能功率小一个数量级以上，由两台电机分别实现电动和发电功能，大容量交流脉冲发电机组为这一类型，以小功率、长时间存储能量，大功率、短时间释放能量，一般用作大容量脉冲电源，可应用于受控核聚变试验、核爆炸模拟、强流粒子束加速器、高功率脉冲激光器、高功率微波、等离子体和电磁发射技术等领域。

常用飞轮脉冲发电机系统的结构如图1所示。系统的基本工作原理为：当系统充电时，由外部电网给系统提供能量，经由电力电子器件构成的功率变换器控制并驱动电机，带动飞轮高速旋转，达到并保持在恒定高速运行，以动能的方式储存所需能量，完成从电能到机械能的转换和能量存储。当脉冲负载需要供电时，将高速旋转运行的飞轮当成原动机带动电机发电运行，经过电力电子变换器输出适合脉冲负载的电压与电流，完成能量转换过程。

传统的脉冲发电机组通常采用“电动机—飞轮—发电机”的结构形式。驱动电动机通常采用三相感应电动机，而脉冲发动机通常采用多相隐极同步发电机，电动机与发电机同轴旋转，惯性飞轮安装在发电机转轴上。飞轮和发电机采用刚性联轴器联接，电动机和飞轮采用柔性联接，机组有多个轴承来支撑转子。

但是，该飞轮脉冲发电机组存在如下缺点：整个机组的轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大；脉冲发电机的转子上有励磁绕组，采用多级旋转整流器励磁，系统的可靠性低、成本高，不适合用于移动平台中。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决现有飞轮脉冲发电机组存在整个机组的轴系长、系统的功率密度和可靠性低的问题，本发明提供了如下几种混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统。

第一种结构：

混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、输入电动/发电机、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、混合励磁多相同步发电机、输出整流器、输入整流器；

输入电动/发电机采用永磁同步电机实现，且其定子上绕有一套输出功率绕组；

混合励磁多相同步发电机的定子上设有一套输出功率绕组；

输入逆变器的输入端接入电网，输入逆变器的交流输出端与输入电动/发电机的电源输入端相连，输入电动/发电机输出功率绕组的引出线与输入整流器输入端相连，输入整流器的输出端与励磁逆变器的输入端相连；

励磁逆变器的输出端与励磁发电机的定子绕组引出线相连，励磁发电机的转子绕组引出线与励磁整流器的交流输入端相连，励磁整流器的直流输出端与混合励磁多相同步发电机的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机输出功率绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，输出整流器输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；

输入电动/发电机的转子依次与励磁发电机的转子、混合励磁多相同步发电机转子同轴连接。

第二种结构：