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专利号: 201911028533X
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-05-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种升压双馈开关磁阻发电机变流系统,其特征是,包括:绕组电路、辅助抬压电路、输出滤波器、双馈电路、蓄电池、励磁开关管,所述绕组电路输出端与所述输出滤波器输入正端、所述励磁开关管阳极连接,绕组电路输入端与所述辅助抬压电路输入端、所述双馈电路输出正端、所述蓄电池正极连接,辅助抬压电路输出1端与双馈电路输出负端、蓄电池负极、励磁开关管阴极连接,辅助抬压电路输出2端与输出滤波器输入负端连接,输出滤波器输出正端连接双馈电路输入正端,输出滤波器输出负端连接双馈电路输入负端;

蓄电池作为励磁电源;输出滤波器输出正负两端即为输出发电电压两端;

绕组电路由相同结构的第一相绕组电路、第二相绕组电路、...、第M相绕组电路并联连接而成,M>2,每个相绕组电路为开关磁阻发电机的一个相绕组的电路,每相绕组分为两个支绕组,分别为第一支绕组和第二支绕组;

并联连接的各个相绕组电路内部由第一二极管、第二二极管、第三二极管、绕组开关管,以及所述第一支绕组、所述第二支绕组组成,所述第一二极管阳极连接第一支绕组一端,并作为绕组电路的输入端,第一二极管阴极连接第二支绕组一端、所述第二二极管阴极,第二二极管阳极连接第一支绕组另一端、所述第三二极管阳极,第三二极管阴极连接第二支绕组另一端、所述绕组开关管阳极,绕组开关管阴极作为绕组电路输出端;

辅助抬压电路由第一辅助抬压电路、第二辅助抬压电路、...、第N辅助抬压电路组成,N>2,所述第一辅助抬压电路结构与所述第二及到第N的其余辅助抬压电路结构不同,第二及到第N的其余辅助抬压电路结构相同;

第一辅助抬压电路由第一充电开关管、第一电感、第二电感、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成,所述第一充电开关管阳极作为辅助抬压电路的输入端,第一充电开关管阴极连接所述第一电感一端、所述第四二极管阳极,并作为辅助抬压电路的输出2端,第一电感另一端连接所述第五二极管阳极、所述第六二极管阳极,第四二极管阴极连接第五二极管阴极、所述第二电感一端,第二电感另一端连接第六二极管阴极;

第二及到第N的其余辅助抬压电路内部结构由第二充电开关管、第三电感、第四电感、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管组成,所述第二充电开关管阳极作为辅助抬压电路输入端,第二充电开关管阴极连接所述第三电感一端、所述第七二极管阳极、所述第十二极管阴极,第三电感另一端连接所述第八二极管阳极、所述第九二极管阳极,第七二极管阴极连接第八二极管阴极、所述第四电感一端;

其中第二辅助抬压电路的第十二极管阳极连接所述第十一二极管阳极,并连接相邻即第一辅助抬压电路的第二电感另一端、第六二极管阴极,第N辅助抬压电路的第十二极管阳极连接第十一二极管阳极,并连接相邻即第N-1辅助抬压电路的第九二极管阴极、第四电感另一端、第十一二极管阴极,第N辅助抬压电路的第九二极管阴极连接第四电感另一端、第十一二极管阴极,并作为辅助抬压电路的输出1端;

输出滤波器由第十二二极管、第一电容器组成,所述第十二二极管阳极作为输出滤波器输入正端,第十二二极管阴极连接所述第一电容器一端,并作为输出滤波器输出正端,第一电容器另一端作为输出滤波器的输入负端和输出负端;

双馈电路由双向隔离器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第五电感、第六电感、第七电感、第八电感、第九电感组成,所述双向隔离器的输入正端和输入负端分别作为双馈电路的输入正端和输入负端,双向隔离器的输出正极连接所述第二电容器一端、所述第一开关管阳极,第一开关管阴极连接所述第三开关管阳极、所述第四开关管阳极、所述第四电容器一端、所述第七电感一端,第二电容器另一端连接所述第三电容器一端、所述第二开关管阳极,第三电容器另一端连接双向隔离器输出负极、第三开关管阴极、第四电容器另一端、所述第五电感一端、所述第六电容器一端、所述第五电容器一端、所述第六电感一端、所述第七开关管阴极、所述第七电容器一端,并作为双馈电路输出负端,第四开关管阴极连接第五电感另一端,第七电感另一端连接第六电容器另一端、所述第八电感一端,第八电感另一端连接所述第六开关管阳极,第六开关管阴极连接第二开关管阴极、第七开关管阳极、第五电容器另一端、所述第五开关管阳极、所述第九电感一端,第五开关管阴极连接第六电感另一端,第九电感另一端连接第七电容器另一端,并作为双馈电路输出正端;

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管均为带有反并联二极管的全控型电力电子开关器件。

2.根据权利要求1所述的一种升压双馈开关磁阻发电机变流系统的控制方法,其特征是,开关磁阻发电机运行中,根据转子位置信息,当第一相绕组需投入工作时,闭合励磁开关管和第一相绕组电路的绕组开关管,进入励磁阶段,蓄电池作为励磁电源向第一相绕组供电励磁,此时需同时闭合辅助抬压电路中的第一充电开关管和全部第二充电开关管,即同时向第一电感、第二电感、第三电感、第四电感充电;根据转子位置信息,当励磁阶段结束时,断开励磁开关管、第一充电开关管、第二充电开关管,进入发电阶段,经输出滤波器向外输出发电电能;根据转子位置信息待发电阶段结束时,断开第一相绕组电路中的绕组开关管,第一相绕组工作结束;

根据转子位置信息,当第二相绕组及其他相绕组需投入工作时,工作模式与第一相绕组相同,第二相绕组电路及其他相绕组电路对应第一相绕组电路,其余所需器件与第一相绕组工作时完全相同,公用;

运行工作中蓄电池作为励磁电源,但当蓄电池中的电量低于下限值时,双馈电路将投入工作,并且为正向工作,即向蓄电池充电,蓄电池所需电能来自输出滤波器输出的发电电能经双馈电路提供,双馈电路正向工作中,遵循如下控制方法:第二开关管和第六开关管同时开关;第二开关管和第六开关管断开的同时第一开关管闭合;第一开关管断开的同时第五开关管闭合;第五开关管断开的同时第七开关管闭合;第七开关管断开后第二开关管和第六开关管闭合;以上涉及的双馈电路开关管均为PwM工作模式,在以上双馈电路各开关管约束条件下,调节其各个开关管的开关占空比即可调节双馈电路输出电压和电流,以满足蓄电池的充电电压和电流需求;当蓄电池电量达到上限值时,双馈电路停止工作,即其全部开关管为断开状态;

当出现发电输出侧即输出滤波器的输出正负端外接负载过大或其他因素并使得发电电压骤降,同时蓄电池的电量高于下限值时,双馈电路投入反向工作,即蓄电池电能经由双馈电路反向向发电输出侧馈能,此时双馈电路的控制方法为:第四开关管和第五开关管同时开关;第三开关管和第七开关管同时闭合;第一开关管和第二开关管同时开关;第四开关管和第五开关管断开的同时第三开关管和第七开关管闭合;第三开关管超前于第七开关管断开;第七开关管断开后第一开关管和第二开关管闭合;

第一开关管和第二开关管断开后第四开关管和第五开关管闭合;在以上双馈电路相关开关管控制方法约束条件下,调节其各开关管PWM占空比即可调节反向输出的电压大小,以满足负载侧对电压的需要;

以上双馈电路工作中,其内部以第四开关管、第四电容器、第五电感为一组,第五开关管、第五电容器、第六电感为一组,各自依靠谐振模式辅助实现双馈电路内其他开关管的零电压软开关,而第三开关管、第六电容器、第七电感组成的回路起到中间吸储功能,为实现双馈电路的不同方向输入输出的电压变化提供支持。