專利名稱：供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)電能的系統(tǒng)，特別是一種用飛輪的發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
飛輪儲(chǔ)能電動(dòng)/發(fā)電機(jī)裝置，應(yīng)用于需瞬時(shí)大功率負(fù)載供電場(chǎng)合，如陸用電網(wǎng)調(diào) 峰、大型門(mén)式起重機(jī)能量回收再利用、地鐵站能量回收再利用等等，該電動(dòng)/發(fā)電機(jī)裝置 具有三相繞組結(jié)構(gòu)的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，該三相繞組電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的軸端連接有一可存儲(chǔ)能量 的飛輪組件，該三相繞組還通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)連接有三相全控整流器，該三相全控整流器經(jīng)三 相逆變器連接有負(fù)載，構(gòu)成一飛輪儲(chǔ)能電動(dòng)/發(fā)電機(jī)裝置，上述三相繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)雖然結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，但其可靠性較低，如三相繞組中有一繞組出現(xiàn)故障，整個(gè)裝置將無(wú)法運(yùn)行，這種現(xiàn) 象在一些應(yīng)急的負(fù)載場(chǎng)合，可能釀成嚴(yán)重后果，裝置中的整流器件均是采用大功率可控硅 (IGBT)，在大功率領(lǐng)域，功率器件的價(jià)格同容量之間為指數(shù)型關(guān)系，隨著單管所需容量的增 加，其價(jià)格急劇升高，可靠性降低，而這些大容量功率器件，全控IGBT器件價(jià)格非常昂貴， 一般是同容量不控型功率二極管價(jià)格的3倍以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改進(jìn)的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝 置，它能提高飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置的可靠性，并能降低整個(gè)功率變換系統(tǒng)的成本。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，包括有帶飛輪的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、雙向開(kāi)關(guān)、變頻 驅(qū)動(dòng)單元、三相整流器和三相逆變器，其特點(diǎn)是電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的定子繞組是一組相互獨(dú)立 的Y繞組，所述的定子繞組具有一 Y繞組為可逆繞組，該定子繞組的其余Y繞組為第一和第 二發(fā)電繞組，該可逆繞組經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)分別連接有變頻驅(qū)動(dòng)單元的第一三相逆變器或第一三 相整流器，該第一、第二發(fā)電繞組分別對(duì)應(yīng)連接有第二、第三三相整流器，電動(dòng)狀態(tài)電源經(jīng) 變頻驅(qū)動(dòng)單元的第四三相整流器和第一三相逆變器及雙向開(kāi)關(guān)接通可逆繞組，電機(jī)帶動(dòng)飛 輪高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，發(fā)電狀態(tài)飛輪釋放能量，定子繞組的各Y繞組同時(shí)作發(fā)電運(yùn)行，并經(jīng)各獨(dú) 立的第一、第二和第三整流器和第二三相逆變器作瞬時(shí)大功率輸出，形成供電結(jié)構(gòu)可變裝 置。本發(fā)明的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)定子繞組是相互獨(dú)立的Y繞組，如其中某相繞組出現(xiàn)故障， 整個(gè)裝置仍可降額運(yùn)行，明顯提高裝置的可靠性，本發(fā)明在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，僅可逆繞組工作， 多相電機(jī)以三相電機(jī)運(yùn)行，其功率總?cè)萘看蠼?，變頻驅(qū)動(dòng)單元各組成容量減小，可降低設(shè)備 成本，電機(jī)定子繞組均為獨(dú)立Y繞組，和其連接的整流器件均采用功率二極管，和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 比較，裝置的總體價(jià)格會(huì)大大降低，具有極佳的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置示意圖。
圖2是圖1三相整流器電路原理圖。圖3是圖1中三相逆變器電路原理圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，包括有電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的定子繞組1、雙 向開(kāi)關(guān)2、變頻驅(qū)動(dòng)單元3、三相整流器4、平波電容5和三相逆變器6。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的定子繞組1是由一組(為η個(gè))相互獨(dú)立的Y繞組構(gòu)成，其中一 套Y繞組為可逆繞組11，該可逆繞組11連接有雙向開(kāi)關(guān)2，其余(即η-1套Y繞組)為發(fā) 電繞組，如圖1中所示第一發(fā)電繞組12、第二發(fā)電繞組13……，其中第一發(fā)電繞組12連接 有第二三相整流器42，第二發(fā)電繞組13連接有第三三相整流器43，當(dāng)η > 3時(shí)，各發(fā)電繞 組和三相整流器的連接可依次類推；電動(dòng)/發(fā)電機(jī)除上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以外，和現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)基本相似，在其轉(zhuǎn)子的軸 伸上安裝有飛輪組件，當(dāng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪 將儲(chǔ)存大量功能可供瞬時(shí)大功率輸出所需。雙向開(kāi)關(guān)2，其結(jié)構(gòu)和功能與現(xiàn)有技術(shù)相似，該雙向開(kāi)關(guān)2的一端連接定子繞組1 的可逆繞組11，另一端連接變頻驅(qū)動(dòng)單元3 (電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài))圖1示A位或三相整流器4的 第一三相整流器41圖1示B位(發(fā)電運(yùn)行狀態(tài))。變頻驅(qū)動(dòng)單元3的結(jié)構(gòu)基本和現(xiàn)有技術(shù)相似，包括有三相整流器4的第四三相整 流器44、第一平波電容51和三相逆變器6的第一三相逆變器61 ；其中第四三相整流器44 為不控整流式整流器，如圖2所示，各整流器件為功率二極管，當(dāng)需要快速調(diào)整第一平波電 容51的電壓時(shí)，可采用晶閘管代替功率二極管，由于功率二極管價(jià)格僅為同等容量全控器 件IGBT的1/3，因此，本發(fā)明采用的技術(shù)措施可大幅降低裝置成本；一平波電容5的第一平 波電容51并聯(lián)在第四三相整流器44的輸出端，該輸出端聯(lián)接有一三相逆變器6的第一三 相逆變器61 ；第一三相逆變器61的電路原理圖如圖3，是采用經(jīng)典的兩點(diǎn)平IGBT全控橋， 當(dāng)容量較大或?qū)χC波要求較為嚴(yán)格時(shí)，可采用三電平結(jié)構(gòu)，由于電動(dòng)/發(fā)電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài) 時(shí)，僅可逆繞組11工作，其他η-1套繞組空載，多相電機(jī)作為三相電機(jī)運(yùn)行，其總功率降為 總?cè)萘康?/η，相應(yīng)第一三相逆變器61的IGBT容量?jī)H需要傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1/η，因而能進(jìn)一步 降低裝置成本。三相整流器4，如圖1、2所示，包括有第一、第二、第三和第四三相整流器41、42、 43、44，各三相整流器的結(jié)構(gòu)和功能均和上述第四三相整流器44相同或相似；其中第一三 相整流器41的輸入端和雙向開(kāi)關(guān)2的一端連接，當(dāng)該端閉合時(shí)，第一三相整流器41和定子 繞組1的可逆繞組11連接，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，第一三相整流器41的輸出端 和裝置的輸出總線連接；第二三相整流器42，其輸入端和定子繞組1的第一發(fā)電繞組連接， 其輸出端和裝置輸出總線連接；第三三相整流器43，其輸入端和定子繞組1的第2發(fā)電繞 組連接，其輸出端和裝置輸出總線連接；當(dāng)定子繞組1的組成為η個(gè)相互獨(dú)立的Y繞組時(shí)， 即有η-1個(gè)發(fā)電繞組和對(duì)應(yīng)的三相整流器連接。平波電容5，如圖1所示，包括有第一平波電容51和第二平波電容52，其結(jié)構(gòu)與功 能和現(xiàn)有技術(shù)相同或相似，第一平波電容51并聯(lián)于第四整流器44的輸出端，用于第四整流 器44的直流電濾波后輸入三相逆變器6的第一三相逆變器61，第二平波電容52并聯(lián)于第二三相逆變器62的輸入端，用于連接定子繞組1各繞組的整流器的直流電濾波后輸入三相 逆變器6的第二三相逆變器62。三相逆變器6，如圖1、3所示，包括有第一三相逆變器61和第二三相逆變器62，二 者結(jié)構(gòu)和功能相同或相似，第一三相逆變器61輸入端連接第四三相整流器44，其輸出端連 接雙向開(kāi)關(guān)2，第二三相逆變器62輸入端連接于裝置輸出總線，其輸出端連接負(fù)載。供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置運(yùn)行時(shí)電動(dòng)狀態(tài)——電源網(wǎng)電力經(jīng)變頻驅(qū)動(dòng)單元3的第四三相整流器44轉(zhuǎn)化為直流電， 經(jīng)平波電容5的第一平波電容51濾波，然后經(jīng)三相逆變器6的第一三相逆變器61轉(zhuǎn)化為 變頻的交流電，隨之向電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的定子繞組1的可逆繞組11供電，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)并帶 動(dòng)其轉(zhuǎn)子軸伸上的飛輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪可儲(chǔ)存大量動(dòng)能以供瞬時(shí)大功率輸出所需。發(fā)電狀態(tài)——電動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)在飛輪驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，雙向開(kāi)關(guān)2接通可逆繞組11 和第一三相整流器41，全部(η套)Y繞組產(chǎn)生的變頻率交流電，經(jīng)對(duì)應(yīng)的各三相整流器(如 第一、第二、第三……第η三相整流器)輸出至同一直流總線，經(jīng)平波電容5的第二平波電 容52濾波，然后經(jīng)三相逆變器6的第二三相逆變器62轉(zhuǎn)化為大功率的交流電能輸出。
權(quán)利要求
1.一種供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，包括有帶飛輪的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、雙向開(kāi)關(guān)、變 頻驅(qū)動(dòng)單元、三相整流器和三相逆變器，其特征在于電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的定子繞組(1)是一組 相互獨(dú)立的Y繞組，所述的定子繞組(1)具有一 Y繞組為可逆繞組(11)，該定子繞組(1)的 其余Y繞組為第一和第二發(fā)電繞組(12、12’)，該可逆繞組(11)經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)( 分別連接有 變頻驅(qū)動(dòng)單元C3)的三相逆變器(61)或第一三相整流器(41)，該第一、第二發(fā)電繞組(12、 12’)分別對(duì)應(yīng)連接有第一、第三三相整流器02、43)，電動(dòng)狀態(tài)電源經(jīng)變頻驅(qū)動(dòng)單元(3)的 第四三相整流器04)和第一三相逆變器(61)及雙向開(kāi)關(guān)( 接通可逆繞組(11)，電機(jī)帶 動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，發(fā)電狀態(tài)飛輪釋放能量，定子繞組(1)的各Y繞組同時(shí)作發(fā)電運(yùn)行， 并經(jīng)各相互獨(dú)立的第一、第二和第三整流器01、42、43)和第二三相逆變器(62)作瞬時(shí)大 功率輸出，形成供電結(jié)構(gòu)可變裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，其特征是第一、第二、第三 和第四整流器(41、42、43、44)為不控整流式整流器，各整流器件為功率二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，其特征是第一和第二逆變 器(61、62)為兩電平可控硅全控橋或三電平結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種供電結(jié)構(gòu)可變飛輪儲(chǔ)能電機(jī)裝置，主要解決提高裝置可靠性與降低成本等技術(shù)問(wèn)題，其采用技術(shù)方案是電機(jī)的定子繞組是一組獨(dú)立的Y繞組，其中一Y繞組為可逆繞組，其余Y繞組為第一、第二發(fā)電繞組，該可逆繞組經(jīng)雙向開(kāi)關(guān)分別連接有變頻驅(qū)動(dòng)單元或第一三相整流器，該第一、第二發(fā)電繞組分別對(duì)應(yīng)連接有第二、第三三相整流器，電動(dòng)時(shí)，電源經(jīng)變頻驅(qū)動(dòng)單元和雙向開(kāi)關(guān)接通可逆繞組，電機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，發(fā)電時(shí)，飛輪釋放能量，各Y繞組同時(shí)作發(fā)電運(yùn)作，并經(jīng)整流和逆變作瞬時(shí)大功率輸出，適用各式用飛輪儲(chǔ)能的電機(jī)裝置。
文檔編號(hào)H02K3/28GK102142733SQ201010585589
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉莉飛, 張希, 楊帆, 楊平西, 畢劉新, 陳次祥, 陳琳 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所