專利名稱：電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，屬于特種發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雙凸極電機(jī)屬于一種變磁阻電機(jī)，其定子、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊制而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，勵(lì)磁元件和電樞繞組均位于定子側(cè)，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，電機(jī)可靠性高，功率密度高。根據(jù)勵(lì)磁種類不同，可將雙凸極電機(jī)分為永磁雙凸極電機(jī)和電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)，永磁雙凸極電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)固、繞組端部短、用銅省、功率密度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)，但采用永磁體勵(lì)磁無(wú)法直接改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，作為發(fā)電機(jī)時(shí)存在調(diào)壓和故障滅磁困難，限制了永磁雙凸極電機(jī)的應(yīng)用范圍。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)通過(guò)改變勵(lì)磁繞組電流，可以方便的調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度從而實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)壓，而且斷開(kāi)勵(lì)磁電路可以滅磁，實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)故障保護(hù)。但由于勵(lì)磁電感的存在，勵(lì)磁電流控制回路的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大，在負(fù)載變化率較大時(shí)，電壓調(diào)節(jié)過(guò)程長(zhǎng)。在高功率密度應(yīng)用場(chǎng)合作為發(fā)電機(jī)使用時(shí)，雙凸極電機(jī)的反電勢(shì)一般為不對(duì)稱方波，在整流環(huán)節(jié)無(wú)法應(yīng)用傳統(tǒng)的可控整流技術(shù)(如空間矢量調(diào)制技術(shù)SVPWM)，一般外接由二極管組成的不控整流電路和濾波器，作為直流發(fā)電機(jī)使用。不控整流電路是雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的二極管不控整流電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于發(fā)電整流過(guò)程中沒(méi)有功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，在不同性質(zhì)負(fù)載條件下，相電流和相電壓波形會(huì)產(chǎn)生相移，降低了發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和功率密度，并將低次諧波引入發(fā)電機(jī)繞組，加重了電樞反應(yīng)，且輸出直流電壓的最低次諧波頻率較低，直接導(dǎo)致直流側(cè)濾波器體積大。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明力圖將可控整流發(fā)電模式引入電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，在傳統(tǒng)靠勵(lì)磁調(diào)壓的電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用可控整流電路，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，提高電機(jī)功率密度，削弱電樞電流的波形畸變，減小直流側(cè)濾波器體積，提高整個(gè)電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)的具體構(gòu)成如下，系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成，分別是電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、三相可控半波整流電路和發(fā)電機(jī)控制器。所述電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)控制器控制，以調(diào)節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)，三相定子電樞繞組A、B、C呈星形接法，即A相繞組的一端分別接B相繞組的一端和C相繞組的一端，構(gòu)成三相繞組的中點(diǎn)0。三相定子電樞繞組A、B、C的另一端分別經(jīng)三相可控半波整流電路整流輸出，三相可控半波整流電路的下橋臂均為絕緣柵晶體管，上橋臂均為二極管。根據(jù)三相繞組的中點(diǎn)0與整流電路的不同接法，可將所述雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)拓展為中
3點(diǎn)連接型和中點(diǎn)浮空型，分別如圖3和圖4。與傳統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)壓器不同，發(fā)電機(jī)控制器不僅可以通過(guò)控制勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電壓，還可通過(guò)調(diào)節(jié)可控半波整流電路開(kāi)關(guān)管的占空比控制發(fā)電機(jī)的電樞電流和電壓。發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、三相電樞電流信號(hào)和整流電壓信號(hào)，產(chǎn)生整流電路三個(gè)可控開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和勵(lì)磁回路開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)整流電路和勵(lì)磁電路的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的可控整流和勵(lì)磁調(diào)壓調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)(1)新型電路拓?fù)溆行Ю秒姍C(jī)本身各相電樞繞組電感，形成了獨(dú)立的斬波電路， 在不同性質(zhì)負(fù)載下，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)校正。(2)發(fā)電機(jī)控制器可以通過(guò)控制整流電路開(kāi)關(guān)器件的占空比，調(diào)節(jié)各相電樞電流大小，抑制各相電樞電流的波形畸變，減小發(fā)電機(jī)阻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。(3)將PWM調(diào)制技術(shù)引入雙凸極整流系統(tǒng)，提高整流電路輸出直流電壓的最低次諧波頻率，可以減小直流側(cè)濾波器的容量。(4)發(fā)電機(jī)控制器通過(guò)對(duì)整流開(kāi)關(guān)管占空比和勵(lì)磁電流的協(xié)調(diào)控制，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電樞電流控制和勵(lì)磁調(diào)壓控制。


圖1是電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)三相磁鏈與電樞電勢(shì)波形示意圖。圖3是電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)中點(diǎn)連接型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖4是電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)中點(diǎn)浮空型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖5是中點(diǎn)連接型拓?fù)潆娐饭ぷ鳡顟B(tài)示意圖。圖6是中點(diǎn)浮空型拓?fù)潆娐饭ぷ鳡顟B(tài)示意圖。上述圖中標(biāo)號(hào)名稱圖2 ΨΑ、ΨΒ、￥c分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的磁鏈波形，Ea、Eb、Ec分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的電勢(shì)波形，ω為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角度。圖3 虛線框1代表電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)；虛線框2代表三相整流可控半波整流電路；虛線框3代表整流控制器；LA、LB、L。分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的電樞繞組電感； EA、EB、EC分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相電樞繞組的電勢(shì)；點(diǎn)0為雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的電樞繞組星形接法的公共端；Dp D2, D3分別為三相整流可控半波整流電路三個(gè)上橋臂的功率二極管；Qi、Q2、Q3分別為三相整流可控整流電路三個(gè)下橋臂的絕緣柵晶體管；C為三相整流可控整流電路直流側(cè)濾波電容。圖中三相繞組中點(diǎn)0分別與絕緣柵晶體管Qi、Q2、Q3的發(fā)射極相連。圖4 虛線框1代表電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)；虛線框2代表三相整流可控半波整流電路；虛線框3代表整流控制器；LA、LB、L。分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的電樞繞組電感； EA、EB、EC分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相電樞繞組的電勢(shì)；點(diǎn)0為雙凸極發(fā)電機(jī)A、B、C相的電樞繞組星形接法的公共端；Dp D2, D3分別為三相整流可控半波整流電路三個(gè)上橋臂的功率二極管；Qi、Q2、Q3分別為三相整流可控整流電路三個(gè)下橋臂的絕緣柵晶體管；C為三相整流可控整流電路直流側(cè)濾波電容。圖中三相繞組中點(diǎn)0浮空。
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圖5 :(a)_A相電勢(shì)為正時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。La代表雙凸極發(fā)電機(jī)A相的電樞繞組電感；EA代表雙凸極發(fā)電機(jī)A相電樞繞組的電勢(shì)諷為整流電路的功率二極管誶為整流電路的絕緣柵晶體管；(b)-B相電勢(shì)為正時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。Lb代表雙凸極發(fā)電機(jī)B相的電樞繞組電感；EB代表雙凸極發(fā)電機(jī)B相電樞繞組的電勢(shì)；D2為整流電路的功率二極管；Q2為整流電路的絕緣柵晶體管；(C)-C相電勢(shì)為正時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。Lc代表雙凸極發(fā)電機(jī)C相的電樞繞組電感；Ee代表雙凸極發(fā)電機(jī)C相電樞繞組的電勢(shì)；D3為整流電路的功率二極管；Q3為整流電路的絕緣柵晶體管；C為三相整流可控整流電路直流側(cè)濾波電容。圖6 :(a)_A相電勢(shì)為正、B相電勢(shì)為負(fù)時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。LA、LB分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B相的電樞繞組電感；EA、EB代表雙凸極發(fā)電機(jī)A、B相電樞繞組的電勢(shì)諷為整流電路的功率二極管；Qi、Q2為整流電路的絕緣柵晶體管；(b)_B相電勢(shì)為正、C相電勢(shì)為負(fù)時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。Lb、Lc分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)B、C相的電樞繞組電感；EB、EC代表雙凸極發(fā)電機(jī)B、C相電樞繞組的電勢(shì)；D2為整流電路的功率二極管；Q2、Q3為整流電路的絕緣柵晶體管；(C)-C相電勢(shì)為正、A相電勢(shì)為負(fù)時(shí)的整流拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)。L。、La分別代表雙凸極發(fā)電機(jī)C、A相的電樞繞組電感；Ec、Ea代表雙凸極發(fā)電機(jī)C、A相電樞繞組的電勢(shì)；D3為整流電路的功率二極管；Q3、Qi為整流電路的絕緣柵晶體管；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，由三大部分構(gòu)成，分別是電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、三相可控半波整流電路和發(fā)電機(jī)控制器。如圖1所示。所述電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)，其特征在于勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)控制器控制，以調(diào)節(jié)電機(jī)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)各相繞組的電壓調(diào)節(jié)。三相定子電樞繞組A、B、C呈星形接法，即A相繞組的一端分別接B相繞組的一端和C相繞組的一端，構(gòu)成三相繞組的中點(diǎn)0。 由圖2可知，對(duì)于所述三相電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)，相對(duì)于中點(diǎn)0，三相繞組的正、負(fù)、零電勢(shì)交替產(chǎn)生。所述三相可控半波整流電路，其特征在于電路中的Dp D2, D3分別為整流電路三個(gè)上橋臂的功率二極管，Qi、Q2、Q3分別為整流電路三個(gè)下橋臂的絕緣柵晶體管，D4、D5、D6分別 *Qi、Q2、Q3的反并二極管，01、02、03、04、05、06、01、02、03構(gòu)成了三相可控半波整流電路。根據(jù)三相繞組的中點(diǎn)0與整流電路的不同接法，可將所述雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)拓展為中點(diǎn)連接型和中點(diǎn)浮空型。當(dāng)三相繞組中點(diǎn)0分別與絕緣柵晶體管QpQ2、Q3的發(fā)射極相連時(shí)，構(gòu)成中點(diǎn)連接型可控半波整流發(fā)電拓?fù)?，定子電樞繞組A的另一端分別接功率二極管D1陽(yáng)極、絕緣柵晶體管Q1集電極，電樞繞組B的另一端分別接功率二極管D2陽(yáng)極、 絕緣柵晶體管Q2集電極，電樞繞組C的另一端分別接功率二極管D3陽(yáng)極、絕緣柵晶體管Q3 集電極，在中點(diǎn)連接型雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)中，三相繞組中點(diǎn)0分別與絕緣柵晶體管Qp Q2、Q3的發(fā)射極相連，如圖3。以A相為例說(shuō)明當(dāng)雙凸極電機(jī)A相電勢(shì)為正， 由功率管Qp電感La、升壓二極管D1和與其他兩相共用的濾波電容C構(gòu)成一個(gè)boost升壓電路拓?fù)洌娐窢顟B(tài)如圖5-A。圖5-B和圖5-C分別示意了 B、C相電勢(shì)為正時(shí)，發(fā)電系統(tǒng)的
5工作狀態(tài)。當(dāng)三相繞組中點(diǎn)0浮空時(shí)，構(gòu)成中點(diǎn)浮空型可控半波整流發(fā)電拓?fù)洌鐖D4。以圖6-A為例說(shuō)明當(dāng)雙凸極電機(jī)A相電勢(shì)為正，B相電勢(shì)為負(fù)時(shí)，功率管Q”A相繞組電感La 及B相繞組電感Lb串聯(lián)而成的電感、升壓二極管Dp Q2的續(xù)流二極管和與其他兩相共用的濾波電容C構(gòu)成一個(gè)boost升壓電路拓?fù)?。A相和B相共同向負(fù)載提供能量。圖6-B和圖 6-C分別示意了 B、C相和C、A相同時(shí)工作時(shí)的發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)。所述發(fā)電機(jī)控制器，其特征在于，發(fā)電機(jī)控制器通過(guò)對(duì)整流管占空比和勵(lì)磁電流的協(xié)調(diào)控制，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電樞電流控制和勵(lì)磁調(diào)壓控制。整流電路中三個(gè)絕緣柵晶體管Qi、Q2、Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和三相電樞電流信號(hào)產(chǎn)生，以調(diào)節(jié)各相電樞電流的大小，并使雙凸極發(fā)電機(jī)相電流跟蹤相電壓的相位， 實(shí)現(xiàn)對(duì)雙凸極發(fā)電機(jī)的可控整流和功率因數(shù)校正。勵(lì)磁電路中晶體管Q4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機(jī)整流電壓信號(hào)產(chǎn)生，通過(guò)Q4的開(kāi)斷，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，控制磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)。雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)新型電路拓?fù)溆行Ю昧穗姍C(jī)本身各相電樞繞組電感，形成了獨(dú)立的斬波電路，在不同性質(zhì)負(fù)載下，均可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)校正。(2)發(fā)電機(jī)控制器可以通過(guò)控制整流電路開(kāi)關(guān)器件的占空比，調(diào)節(jié)各相電樞電流大小與形狀，減小電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。(3)將PWM調(diào)制技術(shù)引入雙凸極整流系統(tǒng)，提高整流電路輸出直流電壓的最低次諧波頻率，可以減小直流側(cè)濾波器的電容量。(4)發(fā)電機(jī)控制器通過(guò)對(duì)整流管占空比和勵(lì)磁電流的協(xié)調(diào)控制，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率運(yùn)行。(5)適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等，對(duì)電機(jī)功率密度要求較高的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，三相定子電樞繞組A、 B、C呈星形接法，另一端經(jīng)三相可控半波整流電路整流輸出，根據(jù)三相繞組的中點(diǎn)0與整流電路的不同接法，可將所述雙凸極電機(jī)可控整流發(fā)電系統(tǒng)拓展為中點(diǎn)連接型和中點(diǎn)浮空型。
2.一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)電機(jī)控制量由傳統(tǒng)的控制勵(lì)磁變?yōu)橥瑫r(shí)控制勵(lì)磁和電樞電流，所述發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)所接收的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、三相電樞電流信號(hào)和整流電壓信號(hào)，產(chǎn)生整流電路三個(gè)可控開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和勵(lì)磁回路開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)整流電路和勵(lì)磁電路的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的可控整流和勵(lì)磁調(diào)壓調(diào)節(jié)。
3.一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電拓?fù)淇梢暈橛啥鄠€(gè)獨(dú)立的斬波電路并聯(lián)形成的整流系統(tǒng)，適用于三相和多相電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)。
全文摘要
一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)可控半波整流發(fā)電系統(tǒng)，屬于特種發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)由電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、三相可控半波整流電路和發(fā)電機(jī)控制器構(gòu)成。所述電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)定子電樞繞組呈星形接法，繞組接三相可控半波整流電路，整流電路下橋臂器件均為絕緣柵晶體管，上橋臂器件均為二極管。根據(jù)繞組中點(diǎn)O與整流電路的不同接法，可將所述整流發(fā)電系統(tǒng)拓展為中點(diǎn)連接型和中點(diǎn)浮空型。發(fā)電機(jī)控制器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、三相電樞電流信號(hào)和整流電壓信號(hào)，產(chǎn)生整流電路和勵(lì)磁回路的開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)整流電路和勵(lì)磁電路的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的可控整流和勵(lì)磁調(diào)壓調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02P9/38GK102223129SQ20111016122
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者嚴(yán)仰光, 段晴晴, 毛志鑫, 陳冉, 陳志輝, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)